噴射器工作原理及分類應(yīng)用概述目錄TOC\o"1-3"\h\u16730噴射器工作原理及分類應(yīng)用概述 1136481.1研究的背景 187611.2噴射器結(jié)構(gòu)及其工作原理 2118581.3噴射器的分類應(yīng)用 3189391.3.1蒸汽減溫減壓 3199201.3.2蒸汽壓力匹配 4148071.3.3凝結(jié)水回收 5233931.4噴射器的研究進(jìn)展 51.1研究的背景能源在人類社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展中占有重要的地位。一個(gè)國(guó)家的發(fā)展與能源消耗也有著不可磨滅的關(guān)系。然而，對(duì)中國(guó)這樣一個(gè)人口大國(guó)來(lái)說(shuō)，能源的利用消耗方式卻不是很精細(xì)。因此為了響應(yīng)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展政策和社會(huì)的進(jìn)步，我們有必要利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來(lái)加強(qiáng)能源的利用效率、減少不必要的能源浪費(fèi)。而蒸汽噴射器就是一種消耗低品位熱能的流體混合設(shè)備，其工作原理就是通過(guò)高溫高壓的蒸汽將低溫低壓的蒸汽吸入且混合后達(dá)到目標(biāo)壓力后流出噴射器，它很好的利用了低壓蒸汽的低品位熱能，并且沒(méi)有直接消耗機(jī)械能，通過(guò)回收殘余廢汽，有效提高蒸汽使用效率，從而達(dá)到節(jié)能效果。蒸汽噴射器具有投資少、運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并且可抽吸大多數(shù)流體，包括具有毒性、腐蝕性、易爆性和易燃性的氣體，此外由于噴射器可以抽吸較多量的流體，運(yùn)行壓力范圍廣闊，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于能源、環(huán)保、制冷、建筑、化工等領(lǐng)域。噴射器存在一個(gè)顯著的特征：它可以在不需要直接消耗機(jī)械能的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)引射流體壓力的提高。噴射器的能量傳遞主要依賴于兩股流體的混合。兩股流體在噴射器內(nèi)部的混合碰撞過(guò)程是十分龐雜的。在現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件下，很難觀察到流體在噴射器內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程，也無(wú)法察看噴射器內(nèi)部環(huán)境中的流場(chǎng)。現(xiàn)階段，由于很難針對(duì)噴射器流場(chǎng)實(shí)際分布情況進(jìn)行直接觀察，所以對(duì)噴射器內(nèi)部流場(chǎng)的觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果很少，以至于我們對(duì)噴射器內(nèi)部繁雜的流體流動(dòng)知之甚少。例如，激波形成的原因、不穩(wěn)定流動(dòng)問(wèn)題、不平衡冷凝問(wèn)題、邊界層處理問(wèn)題、湍流問(wèn)題以及其他影響噴射器性能和相變?cè)虻?。由于無(wú)法精確分析噴射器內(nèi)部流場(chǎng)，嚴(yán)重制約了噴射器設(shè)計(jì)和噴射器效率的提高。通過(guò)工程實(shí)踐中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)蒸汽噴射器的運(yùn)行仍存在許多問(wèn)題，諸如在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況、運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力弱、理論設(shè)計(jì)性能與實(shí)際運(yùn)行過(guò)程性能有偏差等問(wèn)題。因此，我們需要對(duì)蒸汽噴射器進(jìn)行更廣泛更深入的理論研究，以此來(lái)優(yōu)化豐富噴射器的理論設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而給以噴射器的工況參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供良好的理論計(jì)算依據(jù)，實(shí)現(xiàn)噴射系數(shù)、壓縮比、膨脹比、?效率、制熱系數(shù)、投資費(fèi)用的最佳匹配，具有一定的實(shí)際應(yīng)用和研究意義。蒸汽噴射器的使用與國(guó)家能源利用水平的發(fā)展和科技水平的提高具有緊密的聯(lián)系，而噴射器能否正常運(yùn)行性能，不僅與生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行有著直接的聯(lián)系，而且還與生產(chǎn)物品的質(zhì)量、效率以及能源利用率等有著非常緊密的聯(lián)系。如果能在本研究工作的基礎(chǔ)上優(yōu)化蒸汽噴射器的設(shè)計(jì)理論，調(diào)整配套的工況參數(shù)，使用更為適宜的結(jié)構(gòu)尺寸，不僅可以保證熱電廠供熱過(guò)程的正常進(jìn)行，還可以將蒸汽噴射器的研究成果推廣到其它相關(guān)噴射工藝，可應(yīng)用于環(huán)保節(jié)能、發(fā)電廠等相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)方面。并且還可以在到同類設(shè)備中廣泛推廣，以此獲得良好的收益。1.2噴射器結(jié)構(gòu)及其工作原理圖1-1蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖蒸汽噴射器主要由吸入室、錐形混合室、等截面混合室、擴(kuò)散室、工作流體和引射流體入口、工作蒸汽噴嘴等組成,其主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。蒸汽噴射器的基本工作原理是高壓的工作蒸汽通過(guò)入口進(jìn)入，然后在通過(guò)噴嘴時(shí)速度得到提升，工作蒸汽變成高速氣流流出噴嘴出口,并且在該區(qū)域生成了低壓空間,與此同時(shí)引射蒸汽在這快空間被高速氣流吸進(jìn)吸入腔體。之后發(fā)生的是高壓蒸汽得到膨脹，同時(shí)將低壓蒸汽壓縮混合,低壓蒸汽通過(guò)高壓蒸汽的裕壓提高了低品位的能量,然后兩股流體在錐形收縮室中進(jìn)行混合,均勻混合后的蒸汽再通過(guò)擴(kuò)散室提高壓力,并在達(dá)到用戶所需的蒸汽壓力后向用戶提供熱量。我們可根據(jù)不同的高、低壓蒸汽的參數(shù)設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)的噴射器,這樣就可以獲得各種不同壓力的出口蒸汽,得到既定要求的蒸汽后供給用戶使用。吸入的引射蒸汽既可以是排放的殘余蒸汽，又可以是熱電廠尾部凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸蒸汽。通過(guò)充分利用低品味的熱焓能達(dá)到節(jié)能效果。一般情況下，蒸汽噴射器的回收利用率可以達(dá)到百分之三十左右,這對(duì)節(jié)約能源具有很好的效果。工作蒸汽以很高的速度離開(kāi)噴嘴，之后進(jìn)入到噴射器的吸入室，并把噴射器前壓力較低的流體吸入進(jìn)去。被吸入的流體叫做引射流體。一般情況下，在噴射器中一開(kāi)始發(fā)生的是工作蒸汽的非動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其的動(dòng)能。然后是工作蒸汽的一部分動(dòng)能傳遞給引射蒸汽。隨著混合流蒸汽沿著錐形混合室、等截面混合室和擴(kuò)散室流動(dòng)，混合蒸汽的速度逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)，并且動(dòng)能逐漸減少，勢(shì)能和熱能都得到了提高。在對(duì)噴射器進(jìn)行理論設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下述參數(shù)：膨脹比E（工作流體入口處形成的壓力、引射流體入口處形成的壓力之比），壓縮比（混合流體出口處形成的壓力、引射流體入口處形成的壓力之比），以及噴射系數(shù)μ（引射蒸汽與工作蒸汽的質(zhì)量流量之比），噴射系數(shù)是用來(lái)反映噴射器效率的重要標(biāo)準(zhǔn)。1.3噴射器的分類應(yīng)用1.3.1蒸汽減溫減壓減壓減溫噴射器以蒸汽噴射器作為減壓發(fā)生主要設(shè)備，加裝降溫裝置組合而成。它是一種能夠同時(shí)進(jìn)行蒸汽壓力和溫度的調(diào)節(jié)器，并回收蒸汽余熱的高能效設(shè)備。它與常規(guī)的減溫減壓器有很大差異，一般情況下的減溫減壓器的熱量傳遞過(guò)程是新蒸汽的有用能量減少，這是一個(gè)能量品質(zhì)降低的過(guò)程。而噴射器式減溫減壓器能夠合理利用低品位蒸汽的熱能，其系統(tǒng)見(jiàn)圖1-2.[17]圖1-2蒸汽噴射式減溫減壓器1.3.2蒸汽壓力匹配蒸汽壓力調(diào)節(jié)器是為了達(dá)到使用者所需要壓力的蒸汽的理想壓力匹配設(shè)備，它將高壓蒸汽用來(lái)對(duì)低壓蒸汽進(jìn)行引射，這是一個(gè)低壓蒸汽的低品位熱能被利用的過(guò)程，最后生產(chǎn)出能滿足用戶需求壓力和溫度的蒸汽。蒸汽壓力調(diào)節(jié)器在熱電廠汽輪機(jī)中間抽汽供熱壓力匹配方面已有很好的應(yīng)用，系統(tǒng)如圖1-3。圖1-3蒸汽壓力匹配器1.3.3凝結(jié)水回收冷凝水在釋放過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不少的閃蒸汽，若要不加利用就排放，不僅浪費(fèi)能源而且污染環(huán)境。而若利用噴射泵式凝結(jié)水回收裝置就可以對(duì)過(guò)程中出現(xiàn)的的閃蒸汽進(jìn)行回收，提高回收的蒸汽品質(zhì)后再次對(duì)其進(jìn)行使用，達(dá)到節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境的目的。其系統(tǒng)見(jiàn)圖1-4。圖1-4蒸汽噴射器式凝結(jié)水回收裝置1.4噴射器的研究進(jìn)展迄今為止，噴射器技術(shù)的研究和應(yīng)用己有一百多年的歷史。19世紀(jì)末，德國(guó)的學(xué)者佐伊納（Zoener）和蘭金（Rankin）為噴射器的設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)，他們利用動(dòng)量方程對(duì)蒸汽噴射器中混合的流體進(jìn)行了理論分析好人研究。然而這兩位學(xué)者的研究理論并不能充分解決噴射器的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。盡管該裝置的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，然而由于需面對(duì)包括超音速流動(dòng)在內(nèi)的一系列復(fù)雜情況，導(dǎo)致很難針對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)情況進(jìn)行直觀、精準(zhǔn)研究。在設(shè)計(jì)期間，很難在流體力學(xué)的解析基礎(chǔ)上準(zhǔn)確求解物理基本定律。在求取有關(guān)參數(shù)時(shí)需針對(duì)多個(gè)方面進(jìn)行綜合考量，例如如何應(yīng)對(duì)激波問(wèn)題等，因此一旦處置失宜，該裝置的實(shí)際工作效率便難以達(dá)到預(yù)期。直到20世紀(jì)初，隨著流體力學(xué)及空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，噴射技術(shù)的應(yīng)用和研究工作這才得到了推動(dòng)。岡恰羅夫在1930年強(qiáng)調(diào)噴射器理論研究應(yīng)該建立在對(duì)噴射器中發(fā)生的流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上。1939年，德國(guó)學(xué)者Flugel制造出第一臺(tái)公認(rèn)的噴射器，極大地促進(jìn)了噴射器的實(shí)際應(yīng)用研究。Flugel是在研究噴射器過(guò)程中有所突破，其基于質(zhì)量、動(dòng)量、能量方程視角展開(kāi)了系統(tǒng)的理論分析，也是首位如此做的學(xué)者。在接下來(lái)數(shù)十年間先后問(wèn)世的諸多相關(guān)著作中，大多選取一般流體動(dòng)力學(xué)視角針對(duì)噴射器這一對(duì)象圍繞其截面形狀和規(guī)格等一系列問(wèn)題展開(kāi)了相關(guān)分析和探討。因?yàn)楫?dāng)時(shí)以流體力學(xué)為代表的各項(xiàng)基礎(chǔ)科學(xué)并未發(fā)展至很高水平，計(jì)算能力也存在不足，所以，尚未構(gòu)建起通用的噴射器理論和計(jì)算方法。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)