[发明专利]可调蒸汽引射器喷管的优化设计方法及蒸汽引射器喷管

说明书

本发明涉及可调蒸汽引射器喷管的优化设计方法及蒸汽引射器喷管，根据喷管喉部半径确定蒸汽引射器喷管渐缩段长度、喷管入口半径、喷管渐缩段型线、喷管渐扩段型线和调节锥结构。喷管渐缩段型线和渐扩段型线均由圆弧线和直线组成。渐缩段的圆弧线半径是喷管喉部半径的k倍（4≤k≤8），其直线与圆弧线相切；渐扩段的圆弧线半径大于等于喉部半径的8倍，直线斜率为γ的正切值，其中γ为根据喷管出口马赫数计算所得喷管最大膨胀角β减1º；调节锥底面半径与喷管喉部半径相等，调节锥半顶角α满足关系式α=‑2k+40。采用该方法设计的可调蒸汽引射器调节稳定性好，调节精度高，喷管出口流场品质好，引射器效率高。

技术领域

本发明涉及蒸汽引射器技术领域，具体涉及一种可调蒸汽引射器喷管的优化设计方法，以及通过该优化设计方法获得蒸汽引射器喷管。

背景技术

蒸汽引射器是一种利用高压蒸汽抽吸低压蒸汽的流体机械装置，具有结构简单、运行费用低、节能效果显著等优点，广泛应用于水利、石油、化工、制冷、海水淡化等领域。可调式引射器通过使调节锥在喷管内轴向移动，改变喷管等效喉部面积，达到调节引射器流量的目的。

引射器缩放喷管渐扩段易出现激波，且由于调节锥在喷管内的轴向移动，加大了喷管渐扩段激波强度，导致喷管出口流场极不均匀，能量损失较大，减弱引射器引射抽吸效果。因此需合理设计缩放喷管型线和调节锥结构，提高引射器工作效率。同时，喷管型线和调节锥结构都对喷管出口流场有影响，它们共同决定了流量调节过程的稳定性和调节精度及灵敏度。因此耦合优化设计喷管型线和调节锥结构，对提高引射器效率，增加可调引射器的调节稳定性和调节精度具有重要意义。目前未见可调引射器喷管型线与调节锥结构耦合优化设计的研究报道，现有研究主要集中于可调引射器的整体结构设计，如发明专利CN201610321926.X 和CN201110027632.3，并没有涉及喷管型线和调节锥耦合优化设计相关内容。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可调蒸汽引射器喷管的优化设计方法及蒸汽引射器喷管，以实现调节稳定性好、调节精度高、调节效率高的目的。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种可调蒸汽引射器喷管的优化设计方法，包括以下步骤：

步骤一，计算确定喷管喉部半径R_t；

在已知工作喷管入口蒸汽温度T_p、压力p_p、流量G_p和等熵效率η_n条件下，根据质量、动量以及能量守恒，结合真实流体物性，计算喷管喉部半径R_t；

步骤二，根据喷管喉部半径R_t确定可调蒸汽引射器喷管渐缩段长度l_c和喷管入口半径R₀；

步骤三，根据喷管喉部半径R_t确定喷管渐缩段型线；喷管渐缩段型线由相切的直线和圆弧线两部分组成。

步骤四，根据喷管喉部半径R_t确定喷管渐扩段型线；喷管渐扩段型线由圆弧线和直线两部分组成。