基于调节锥的可调式喷射器性能测试

基于调节锥的可调式喷射器性能测试

射流来源能量转化喷射器是一种广泛使用的液体机械。它利用了活动液体的射流，并用于能量转化。喷射器以其结构简单、造价低廉、操作和维修方便等特点,广泛用于抽除气体、余热回收、混合加热等领域。1喷射器操作压力变送器vd本文设计了一台喷嘴内轴向加入调节锥的可调式喷射器,建设了喷射器性能测试实验台,如图1所示。喷嘴内调节锥的基部直径8mm,顶端锥角14°。通过调节锥的轴向移动,喷嘴喉口截面积从61.9mm2变到63.6mm2,从而实现对喷射器的流量的调节。锅炉产生的蒸汽经过阀门V1进入喷射器,作为工作蒸汽。经喷射器压缩后的蒸汽一部分经阀门V3排出,另一部分由阀门V2调压后作为引射蒸汽进入吸入室。在实验过程中,V1、V2、V3分别用于调节工作蒸汽压力、引射蒸汽压力和出口蒸汽压力。压力测量采用DCST-GP型压力变送器,精度0.2级;流量测量采用YFA-11型涡街流量计,测量误差±1.5%;温度测量采用直径为0.3mm的铜-康铜热电偶,经过逐只标定。输出的电信号由HR-2100实验记录仪采集处理。喷射器的设计采用文献中介绍的方法。2喷射器喷射系数实验通过采集可调式喷射器的调节锥在3个典型位置处的工作参数,讨论喷嘴调节对喷射器参数的影响。文中调节锥的位置分别取为:X1,调节锥顶端位于喉口下游12mm处,即喷嘴喉口截面积为56.8mm2;X2,调节锥顶端位于喉口下游6mm处,即喷嘴喉口截面积为61.9mm2;X3,调节锥顶端恰好位于喉口处,即喷嘴喉口截面积为63.6mm2。图2给出调节锥在不同位置下,工作压力pm=0.6MPa,引射压力ps=0.2MPa时,喷射系数Er与出口压力pd之间的关系。总的来看,当调节锥位置固定时,喷射器的喷射系数在一定的出口压力范围内基本保持不变;当出口压力达到临界值时,喷射器的喷射系数急剧下降。喷射系数可用来表征喷射器性能,它是引射流体流量与工作流体流量的比值。由图2可以看出,随着调节锥沿轴向移向上游,即喷嘴喉口截面积增大,喷射器的喷射系数减小。当喉口面积为56.8mm2时,喷射系数约为0.6;当喉口面积为63.6mm2时,喷射系数仅为0.1。在上述3个调节锥位置下,出口流量分别是0.21、0.20、0.18kg·s-1。虽然喷射器的喷射系数随着喉口截面积的缩小而提高,由于工作流体流量的锐减,出口流量呈现下降趋势。调节锥在X3位置,即喷嘴喉口截面积为63.6mm2时,是该喷射器整体结构所对应的设计尺寸,此时喷射器具有最大的升压能力,出口压力可达0.3MPa;当调节锥进入喷嘴使得喉口截面积缩小时,虽然喷射器的喷射系数提高,但其升压能力降低,调节锥位于X1位置,即喷嘴喉口截面积为56.8mm2时,喷射系数虽然提高到0.6,但其最大出口压力降至0.23MPa。图3给出了保持相应的引射压力不变,在不同的调节锥位置时,喷射器出口压力与工作流体压力的关系。由图可见,可调式喷射器的出口压力随工作压力的升高略有提高。随着调节锥向上游移动,喷嘴喉口面积增大,出口压力有较大幅度提高。当工作蒸汽压力为0.49MPa,调节锥由位置X1移动到X3时,出口压力由0.13MPa升至0.19MPa,变化幅度达到31.6%。可调式喷射器流量、喷射系数等性能参数的变化也引起喷射器出口温度的变化。对于海水淡化装置应用的喷射器来说,出口蒸汽温度的高低影响着装置调节设施的设计。从图4的实验结果趋势来看,可调式喷射器的出口温度Td随工作压力的升高而略有升高。当调节锥分别在X1、X2、X3位置,工作蒸汽压力由0.43MPa到0.49MPa时,出口温度变化分别为2.3%、1.5%和2.8%。但与对应压力下的饱和温度相比,出口蒸汽有14.6～19.1℃的过热度,调节锥在位置X1时,得到最大过热度19.1℃。3喷射器性能变化(1)可调式喷射器通过改变喷嘴喉口截面积,流量的范围可有较大幅度的变化。(2)可调式喷射器的喉口截面积减小时,压缩压力范围变窄,喷射系数提高。(3)保持工作压力0.6MPa,引射压力0.2MPa不变,喷射器喷嘴喉口截面积由63.6mm2减小到56.8mm2,出口流量由0.18kg·s-1变化到0.21kg·s-1,变化幅度16.7%;出口压力由0.3MPa减少至0.23MPa;喷射系数由0.1提高至0.6。喷射器依靠流体间的相互撞击来传递能量,其内部的混合流动过程非常复杂,因此先前对于喷射器性能的研究多采用经验公式。近些年,使用CFD软件模拟内部流场也受到很多重视。由于实验难度较大,人们对喷射器内部复杂流动现象的了解仍较少[11,12,13,14,15,16]。喷射器的设计通常针对某一固定工况,如果偏离额定工况,喷射器的性能急剧下降;由于其结构是固定的,参数调节范围很窄。而实际生产中,工作参数往往变化较大。例如,在海水淡化装置中