[发明专利]二元流体喷射器和使用方法

说明书

交叉引用

本申请要求于2008年8月14日提交的第61/088,957号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明的实施例涉及经由交换喷射器而相互接触的两种不同操作流体及其使用方法。

背景技术

常规喷射器或者射流型泵可以被表征为直接能量传递设备，这是指以下功能：即借助两种流体之间的直接(密切)接触将能量从主要流体向次要流体传送。所有气相射流泵共有的另一操作原理在于，使用高速低静态压的动能用来夹带次要流体，然后在更高静压将混合物减速至低速度，因此将所谓速度头(velocity head)转换成压头(pressure head)，即将动能转换成势能。这是用于次要流体压缩的主要手段。常规喷射器或者射流泵的一个区别特征在于，借助以下手段进行次要流体夹带：1)在主要流体与次要流体之间的界面处的剪切湍流互作用，这在研究文献和专利中被称为动量交换、湍流剪切、湍流混合夹带；或者2)在主要流体与次要流体之间的界面处的动态压力互作用，这在研究文献和专利中常被称为压力交换。

需要一种喷射器和使用方法，其处理两种不同流体并且包括以下各项中的至少一项或者多项的：特有的射流喷嘴几何形状、主要流体射流形态、射流调制和喷射器本体几何形状。

发明内容

本发明的实施例涉及在借助非稳态振荡射流压力交换喷射器来密切接触的两种不同操作流体之间的直接能量传递及其使用方法。另外，本发明的实施例涉及借助从更高能量的原动(motive)流体的直接能量传递来夹带、传送和压缩低能量工作流体。本发明的实施例还涉及一种新类别的喷射器，其有目的地专用于不同流体操作，因此名称为二元流体喷射器。就这一点而言的一个重要区别在于，操作流体未被选择、调配或者以别的方式优化作为提高喷射器性能的手段，相反，喷射器本身有目的地专用于作为自相一致(self-consistent)功能的二元流体操作，该功能获得性能和效率的提升。另一方面，常规系统教导可以选择或者以别的方式调配某些流体和/或某些流体材料性质作为一种提高射流喷射器的性能或者效率的手段。本发明的实施例教导了一种为流体、具体为不同流体而定制的特有喷射器，以用于产生二元流体设备这一自相一致的目的。本发明的实施例也涉及在这里作为一种使用方法而公开的二元流体喷射器制冷循环。

在本公开内容的上下文中，二元流体意指在化学组成或者除了相或者态之外的材料性质方面不同的任何两个流体的集合。这样的物理性质的例子可以包括但不限于化学组成、比热之比k(k＝C_p/C_v，其中C_p和C_v分别是在恒压和恒定体积的时的比热)、相变热函Δh_v(蒸发潜热)、分子质量以及其他。这一定义特别地排除状态条件，比如压力、温度、速度和相(例如气体相对于饱和蒸汽)。这一定义包括二元集中的任一种或者两种流体，无论它们是否：自相一致和匀质，即由单种化学化合物或者实体构成；不一致和异质，即由两种或者更多种化学化合物或者流体实体(无论是否可混合)的组合构成；或者混杂和复合，即由包含另一如下流体的一些载体流体构成，该流体悬浮为必然不可混合的流体粒子(比如雾状物或者双液饱和蒸汽)或者在其中悬浮和分散为胶体的固体粒子(例如气载尘埃)。

术语双重流体意指按照源、位置或者状态而被区别的任何两种流体的集合。这样的区别的例子可以包括但不限于：流体从作为源的什么系统元件流动、流体朝作为供应的什么系统元件而流动、流体在系统或者设备中的位置或者它的状态(比如压力、温度、速度、比容(密度)或者相(即气体或者蒸汽))。双重的定义特别排除按照化学组成或者材料性质而区别的流体。

术语主要流体应当意指用于驱动喷射器的原动高压供应流体。主要流体被提供至射流喷嘴且与之连通，从而提供用于向次要流体传递的流体能量的源。术语次要流体应当意指通过射流作用而夹带、压缩或者以别的方式抽运的反应性低压工作流体。次要流体被提供至高速度主要流体射流并且与之连通，以用于随之夹带、推动、传送和压缩的目的，因此从主要流体接收流体能量。以下为二元流体和双重流体的一些例子。该列表也示范了在本公开内容中用来表明主要相对于次要流体的惯例：水/戊烷：二元流体，其中水为主要流体而戊烷为次要流体；戊烷/水，二元流体，其中戊烷为主要流体而水为次要流体；水/水，双重流体，其中水为主要流体，且水为次要流体；以及戊烷/戊烷，双重流体，其中戊烷为主要流体并且戊烷为次要流体。