氣體噴射壓縮器關鍵參數設計與試驗

周良富++周立新+薛新宇+孔偉++張學進

摘要：氣體噴射壓縮器具有結構簡單、工作可靠的特點，廣泛應用于農業、水利、化工、核工業等領域。主要從氣體噴射壓縮器關鍵參數計算角度，理論分析最佳面積比、工作噴嘴位置與性能參數關系；研究了面積比、工作壓力、引射壓力對噴射壓縮器性能的影響。根據應用工況計算出面積比為11.0，噴嘴距混合室距離25 mm的噴射器完全滿足設計要求，噴射器性能試驗結果表明，面積比對氣體噴射壓縮器的噴射系數具有較大影響，不同面積比呈現出不同的性能特點，適當增大面積比可提高噴射系數，但噴射器可達到的最大壓縮比會減?。徊煌ぷ鲏毫ο聡娚淦鞴ぷ黧w積流量基本不變，但是引射流量隨工作壓力增大而增大；在相同工作壓力和出口壓力下，噴射系數隨引射壓力增大而增大；在相同工作壓力和引射壓力下，噴射系數隨出口壓力增加而減少，為同類型噴射器設計與應用提供參考。

關鍵詞：噴射器；氣體壓縮器；面積比；噴射系數；壓縮比

中圖分類號： S49文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0196-03

氣體噴射壓縮器是指以氣體為工作介質，來抽吸和壓送氣體的流體輸送設備，具有結構簡單、工作可靠的特點，廣泛應用于農業水利、化工、核工業、航空航天等領域[1]。國內外學者針對各類噴射器開展的研究主要包括以下3個方面：（1）結構參數對性能的影響。龍新平等研究了噴嘴位置對射流泵性能的影響[2-3]；Prabkeao等研究了射流泵喉管直徑、擴散角度等對性能的影響[4]；Oumar等研究了面積比、噴嘴位置對射流式混藥裝置性能的影響，均認為面積比與噴嘴位置是噴射器最主要的結構參數[5-6]，為本研究的設計與試驗提供依據。（2）內部流場與相變過程分析。Yosr等分析了蒸汽噴射器、射流器二維與三維內部流場[7-8]，為噴射器應用工況參數選擇提供依據；嚴海軍等分別從試驗數值和高速攝影等方面分析噴射器內部流場及空化過程，認為空化是噴射器特點工況下必然的物理現象[9-11]。（3）噴射器數學模型研究。Chen等從噴射器流體動力學，結合2項流理論，分析噴射器一維的數學模型[12-13]，為噴射器設計與運用提供依據。

目前的研究主要基于不可壓縮流體的噴射器，對于工作流體與引射流體均為可壓縮氣體的研究較少，且針對氣體噴射壓縮器的設計計算類研究更少。本研究針對氣體噴射壓縮器特點與參數要求，設計符合要求的產品并試驗研究面積比、工作壓力、引射壓力對其性能的影響。

1主要結構與性能參數

[JP2]氣體噴射壓縮器由工作噴嘴、接受室、混合室和擴散管組成，具體如圖1所示。工作流體以一定壓力和速度進入工作噴嘴，以大于臨界值的速度噴射到接受室內，吸走接受室的氣體后進入混合室，2股流體在混合室內充分混合后以均勻的速度進入擴散管升壓后進入管路系統或排出。該過程實現了工作流體的膨脹和引射流體的壓縮，內部流體壓力和速度與噴射器內部結構息息相關，直接關系到噴射器的噴射效率。其中面積比m（混合室截面面積與工作噴嘴出口截面面積之比）和噴嘴與混合室的距離L是氣體噴射壓縮器最重要的2個結構參數。[JP]

1.2性能參數定義與設計要求

噴射器一般是利用高壓流體引射低壓流體后混合以一定壓力噴出，定義出口壓力與引射壓力之比為壓縮比；定義工作流體與引射流體之比為膨脹比；定義引射流量與工作流量之比為噴射系數。

本研究所要求的設計參數：工作壓力為0.6 MPa；引射壓力為0.074 MPa；混合氣體壓力為0.105 MPa；設計溫度 50 ℃；設計流量為0.013 5 kg/s（壓力為0.074 MPa，溫度為323 K時，其比容為1.236 5 m3/kg）；噴射系數為0.7；介質為壓縮空氣。

4試驗結果與分析

4.1面積比對性能的影響

面積比為7.6、11.0、17.5的噴射器性能曲線如圖3所示。試驗結果顯示，面積比為7.6和11.0時，噴射器最大壓縮比可達1.44，此時相應的噴射系數分別為0.31和0.41；而面積比為17.5時，噴射器最大壓縮比只能達到1.38，而且此時噴射系數只有0.38，但是該噴射器噴射系數隨壓縮比衰減更慢。面積比為7.6、11.0、17.5的噴射器的最大噴射系數分別為0.69、0.96、1.76。由圖3可知，面積比對氣體噴射壓縮器的噴射系數具有較大影響，不同區間面積比呈現出不同的性能特點，適當增大面積比可提高噴射系數，但噴射器可達到的最大壓縮比會減小。因此，須要根據設備的應用工況對噴射系數和最大壓縮比的側重要求選擇適當的面積比。

4.2工作壓力對性能的影響

[JP2]工作壓力是氣體噴射壓縮器最主要的工作參數之一，在實際運用中需要驗證噴射器對工作參數的敏感性。面積比為11.0的氣體噴射壓縮器在 0.4、0.5、0.6 MPa工作壓力下試驗，結果如表1所示。試驗結果顯示，不同工作壓力下噴射器工作體積流量基本不變，在0.4、0.5、0.6 MPa，工作流體體積流量為14.5 m3/h，但是其引射流量隨出口壓力的增大而降

0.4 MPa工作壓力下性能對壓縮比更敏感，但該工況最大噴射系數達到1.42，主要是相應的工作流體質量流量較小；當壓縮比低于一定范圍時，噴射系數急速下降，甚至不能正常工作，因此設計時須保證噴射器出口壓力低于臨界壓力值；較高工作壓力所允許的出口壓力范圍較寬，即適當地提高工作壓力，使噴射器出口壓力可以在較大范圍內變化，有利于噴射器工作性能的穩定。

4.3引射壓力對性能的影響

引射壓力是影響噴射器效率的主要工作參數之一，為評價氣體噴射壓縮器的可適應的工作參數，本試驗研究了引射壓力為0.090、0.085、0.080、0.074 MPa 下噴射器的噴射系數與壓縮比關系，試驗結果如圖5所示。試驗結果表明，不同引射壓力下噴射器的性能曲線基本相似，但不同引射壓力下所能達到的最大噴射系數與最大出口壓力是不同的，0.090、0085、0.080、0.076 MPa的引射壓力下最大的噴射系數分別為0.95、0.88、0.83、0.75，而最大出口壓力分別為0.130、0125、0.120、0.115 MPa。由圖5可知，在相同工作壓力和出口壓力下，噴射系數隨引射壓力增大而增大；在相同工作壓力和引射壓力下，噴射系數隨出口壓力增加而減少；由圖5-b可知，噴射器的最大壓縮比隨引射壓力增加而減小，引射壓力增加有助于增大噴射器在低壓縮比區域性能的穩定性。[FL）]

5結論

面積比對氣體噴射壓縮器的噴射系數具有較大影響，不同區間面積比呈現出不同的性能特點，適當增大面積比可提高噴射系數，但噴射器可達到的最大壓縮比會減小。

不同工作壓力下噴射器工作體積流量基本不變，是其引射流量隨出口壓力的增大而降低。

在相同工作壓力和出口壓力下，噴射系數隨引射壓力增大而增大；在相同工作壓力和引射壓力下，噴射系數隨出口壓力增加而減少。

參考文獻：

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