[发明专利]一种多级多喷管引射器分层优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及引射技术领域，具体涉及一种多级多喷管引射器分层优化方法。

背景技术

引射器是一种利用流体喷射混合作用进行质量和能量传递的力学装置。引射器没有机械部件，使用维护方便，在风洞驱动装置、发动机高空试车台、高能化学激光器压力恢复系统、制冷设备、油气输送和燃气节能等军民用领域有重要应用价值。

引射器用于抽制真空时，主要性能指标为盲腔静压；而用于抽吸低压被引射气流时，主要性能指标是引射效率和增压比。

中心引射器结构简单，但混合室长、效率低、噪声高，在风洞中基本不使用。国内外早期建设的引射式风洞基本都采用环形引射，混合室较短，但摩擦损失大，引射效率较低。为了改善引射气流与被引射气流的混合情况，国外提出了多喷管引射技术，由于增加了气流接触面积，可有效缩短引射器混合距离，显著提高引射效率。虽然近年来多喷管引射器已开始在国内外多座新建的大型高速风洞中应用，但其工程设计仍然主要依赖传统单喷管引射器设计的一维理论模型和经验修正方法。

对于多级多喷管引射器而言，此类设计方法的缺陷是显而易见的：一维简化方法不能考虑引射喷管形状和布局的影响，无法给出引射器内流动结构、摩擦和气流混合损失以及达到某种混合程度所需的混合距离等重要信息；以往单喷管中心引射器和环形引射器设计经常采用各种经验修正系数，但经验系数必须通过大量实验获得，而且适用范围局限性大，相比之下，多级多喷管引射器结构参数和气流参数更多，耦合影响更复杂，很难获得合理可靠的经验系数。实际上，目前风洞引射器仍然是一种保守的任务能力型设计，主要关注引射器的抽吸能力而忽略其引射效率，普遍存在能耗大、成本高的突出问题。由于缺乏合理可行的多级多喷管引射设计方法，造成风洞调试确定的引射器实际运行参数与理论设计值往往存在明显偏差，给工程设计带来很大技术风险，难以实现引射效率的优化。

发明内容

本发明的技术解决问题为：克服现有引射器设计方法无法考虑喷管形状和布局、预测精度不高、引射效率较低的不足，提供一种多级多喷管引射器分层优化方法。

本发明采用的技术解决方案如下：

一种多级多喷管引射器分层优化方法，包含以下步骤：

(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化

(1.1)计算总增压比

首先确定总增压比；所述总增压比为最后一级引射器出口总压与第一级引射器被引射气流总压之比；

(1.2)确定引射级数和单级增压比

引射级数具体为：

单级增压比其中，n为引射级数，C_r为总增压比；

(1.3)计算引射效率，优选确定引射参数；所述引射参数包括引射面积比以及引射马赫数；所述引射面积比和引射马赫数为预设值；

将引射参数代入到引射器性能方程中，计算各级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数；判断引射总压是否超过气源许用条件，如超过气源许用条件则增大该级的引射面积比或减小该级的引射马赫数，重新代入到引射器性能方程中，计算该级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数，直到各级引射总压均满足气源许用条件，之后计算各级引射效率和总引射效率；所述各级引射效率即为该级被引射气流流量与该级引射气流流量的比值；所述总引射效率为第一级被引射气流流量与各级引射气流流量之和的比值；

所述被引射流量是指：通过风洞运行总压和马赫数计算得到所述被引射流量；

以总引射效率最大值对应的各级引射面积比和引射马赫数组合为第一层次的优化结果，即多级多喷管引射器总体参数优化结果；

(2)引射喷口布局优化

(2.1)根据步骤(1)得到的引射面积比，确定具有不同喷口数和布置形式的引射喷口布局；

(2.2)根据预设的引射器混合室直径和长度，采用数值模拟方法，在相同增压比、和相同被引射气流总压条件下，比较不同引射喷口布局的引射效率；

(2.3)选定引射效率最高的引射喷口布局形式，作为第二层次的优化结果，即为引射喷口布局优化结果；

(3)增强混合引射喷管参数优化

(3.1)以步骤(2)优化结果为基础，设计几种不同齿数、不同侵入角的引射喷管结构；

(3.2)采用数值模拟方法，在相同增压比和相同被引射气流总压条件下，比较几种引射喷管结构的引射效率；

(3.3)选定引射效率最高的引射喷管几何参数，作为第三层次的优化结果，即为增强混合引射喷管参数优化结果；所述引射喷管几何参数是指齿数和侵入角。