周良富++周立新+薛新宇+孔伟++张学进

摘要：气体喷射压缩器具有结构简单、工作可靠的特点，广泛应用于农业、水利、化工、核工业等领域。主要从气体喷射压缩器关键参数计算角度，理论分析最佳面积比、工作喷嘴位置与性能参数关系；研究了面积比、工作压力、引射压力对喷射压缩器性能的影响。根据应用工况计算出面积比为11.0，喷嘴距混合室距离25 mm的喷射器完全满足设计要求，喷射器性能试验结果表明，面积比对气体喷射压缩器的喷射系数具有较大影响，不同面积比呈现出不同的性能特点，适当增大面积比可提高喷射系数，但喷射器可达到的最大压缩比会减小；不同工作压力下喷射器工作体积流量基本不变，但是引射流量随工作压力增大而增大；在相同工作压力和出口压力下，喷射系数随引射压力增大而增大；在相同工作压力和引射压力下，喷射系数随出口压力增加而减少，为同类型喷射器设计与应用提供参考。

关键词：喷射器；气体压缩器；面积比；喷射系数；压缩比

中图分类号： S49文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）05-0196-03

气体喷射压缩器是指以气体为工作介质，来抽吸和压送气体的流体输送设备，具有结构简单、工作可靠的特点，广泛应用于农业水利、化工、核工业、航空航天等领域[1]。国内外学者针对各类喷射器开展的研究主要包括以下3个方面：（1）结构参数对性能的影响。龙新平等研究了喷嘴位置对射流泵性能的影响[2-3]；Prabkeao等研究了射流泵喉管直径、扩散角度等对性能的影响[4]；Oumar等研究了面积比、喷嘴位置对射流式混药装置性能的影响，均认为面积比与喷嘴位置是喷射器最主要的结构参数[5-6]，为本研究的设计与试验提供依据。（2）内部流场与相变过程分析。Yosr等分析了蒸汽喷射器、射流器二维与三维内部流场[7-8]，为喷射器应用工况参数选择提供依据；严海军等分别从试验数值和高速摄影等方面分析喷射器内部流场及空化过程，认为空化是喷射器特点工况下必然的物理现象[9-11]。（3）喷射器数学模型研究。Chen等从喷射器流体动力学，结合2项流理论，分析喷射器一维的数学模型[12-13]，为喷射器设计与运用提供依据。

目前的研究主要基于不可压缩流体的喷射器，对于工作流体与引射流体均为可压缩气体的研究较少，且针对气体喷射压缩器的设计计算类研究更少。本研究针对气体喷射压缩器特点与参数要求，设计符合要求的产品并试验研究面积比、工作压力、引射压力对其性能的影响。

1主要结构与性能参数

[JP2]气体喷射压缩器由工作喷嘴、接受室、混合室和扩散管组成，具体如图1所示。工作流体以一定压力和速度进入工作喷嘴，以大于临界值的速度喷射到接受室内，吸走接受室的气体后进入混合室，2股流体在混合室内充分混合后以均匀的速度进入扩散管升压后进入管路系统或排出。该过程实现了工作流体的膨胀和引射流体的压缩，内部流体压力和速度与喷射器内部结构息息相关，直接关系到喷射器的喷射效率。其中面积比m（混合室截面面积与工作喷嘴出口截面面积之比）和喷嘴与混合室的距离L是气体喷射压缩器最重要的2个结构参数。[JP]

1.2性能参数定义与设计要求

喷射器一般是利用高压流体引射低压流体后混合以一定压力喷出，定义出口压力与引射压力之比为压缩比；定义工作流体与引射流体之比为膨胀比；定义引射流量与工作流量之比为喷射系数。

本研究所要求的设计参数：工作压力为0.6 MPa；引射压力为0.074 MPa；混合气体压力为0.105 MPa；设计温度 50 ℃；设计流量为0.013 5 kg/s（压力为0.074 MPa，温度为323 K时，其比容为1.236 5 m3/kg）；噴射系数为0.7；介质为压缩空气。

4试验结果与分析

4.1面积比对性能的影响

面积比为7.6、11.0、17.5的喷射器性能曲线如图3所示。试验结果显示，面积比为7.6和11.0时，喷射器最大压缩比可达1.44，此时相应的喷射系数分别为0.31和0.41；而面积比为17.5时，喷射器最大压缩比只能达到1.38，而且此时喷射系数只有0.38，但是该喷射器喷射系数随压缩比衰减更慢。面积比为7.6、11.0、17.5的喷射器的最大喷射系数分别为0.69、0.96、1.76。由图3可知，面积比对气体喷射压缩器的喷射系数具有较大影响，不同区间面积比呈现出不同的性能特点，适当增大面积比可提高喷射系数，但喷射器可达到的最大压缩比会减小。因此，须要根据设备的应用工况对喷射系数和最大压缩比的侧重要求选择适当的面积比。

4.2工作压力对性能的影响

[JP2]工作压力是气体喷射压缩器最主要的工作参数之一，在实际运用中需要验证喷射器对工作参数的敏感性。面积比为11.0的气体喷射压缩器在 0.4、0.5、0.6 MPa工作压力下试验，结果如表1所示。试验结果显示，不同工作压力下喷射器工作体积流量基本不变，在0.4、0.5、0.6 MPa，工作流体体积流量为14.5 m3/h，但是其引射流量随出口压力的增大而降

0.4 MPa工作压力下性能对压缩比更敏感，但该工况最大喷射系数达到1.42，主要是相应的工作流体质量流量较小；当压缩比低于一定范围时，喷射系数急速下降，甚至不能正常工作，因此设计时须保证喷射器出口压力低于临界压力值；较高工作压力所允许的出口压力范围较宽，即适当地提高工作压力，使喷射器出口压力可以在较大范围内变化，有利于喷射器工作性能的稳定。

4.3引射压力对性能的影响

引射压力是影响喷射器效率的主要工作参数之一，为评价气体喷射压缩器的可适应的工作参数，本试验研究了引射压力为0.090、0.085、0.080、0.074 MPa 下喷射器的喷射系数与压缩比关系，试验结果如图5所示。试验结果表明，不同引射压力下喷射器的性能曲线基本相似，但不同引射压力下所能达到的最大喷射系数与最大出口压力是不同的，0.090、0085、0.080、0.076 MPa的引射压力下最大的喷射系数分别为0.95、0.88、0.83、0.75，而最大出口压力分别为0.130、0125、0.120、0.115 MPa。由图5可知，在相同工作压力和出口压力下，喷射系数随引射压力增大而增大；在相同工作压力和引射压力下，喷射系数随出口压力增加而减少；由图5-b可知，喷射器的最大压缩比随引射压力增加而减小，引射压力增加有助于增大喷射器在低压缩比区域性能的稳定性。[FL）]

5结论

面积比对气体喷射压缩器的喷射系数具有较大影响，不同区间面积比呈现出不同的性能特点，适当增大面积比可提高喷射系数，但喷射器可达到的最大压缩比会减小。

不同工作压力下喷射器工作体积流量基本不变，是其引射流量随出口压力的增大而降低。

在相同工作压力和出口压力下，喷射系数随引射压力增大而增大；在相同工作压力和引射压力下，喷射系数随出口压力增加而减少。

参考文献：

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