低压低速引射器的计算方法(观点)
引射器的理论计算
引射器结构
引射器的结构如下,可以通过高速的工作气 v 1 v_1 v1将被引射的气体 v ′ v' v′抽吸带动,实现泵送
被引射气体流速的计算
扩张段的计算
列写不可压流体的质量守恒方程,有
v 2 = A 3 A 2 v 3 v_2=\frac{A_3}{A_2}v_3 v2=A2A3v3
列写不可压流体的伯努利方程,有
p 2 = p 3 + ρ v 3 2 2 − ρ v 2 2 2 p_2=p_3+\frac{\rho v_{3}^{2}}{2}-\frac{\rho v_{2}^{2}}{2} p2=p3+2ρv32−2ρv22
直筒段的计算
以直筒段气体为控制体积,考虑其动量守恒方程,有
ρ v 2 2 A 2 − ( ρ v 1 2 A 1 + ρ v ′ 2 ( A 2 − A 1 ) ) = p 1 A 1 + p 1 ( A 2 − A 1 ) − p 2 A 2 \rho v_{2}^{2}A_2-\left( \rho v_{1}^{2}A_1+\rho v'^2\left( A_2-A_1 \right) \right) =p_1A_1+p_1\left( A_2-A_1 \right) -p_2A_2 ρv22A2−(ρv12A1+ρv′2(A2−A1))=p1A1+p1(A2−A1)−p2A2需要注意的是由于流速较低,式中忽略了壁面对气体的摩擦阻力,工作气喷嘴出口处的压力是均匀的,为 p 1 p_1 p1。
p 1 = p 0 − ρ v 1 2 2 p_1=p_0-\rho \frac{v_{1}^{2}}{2} p1=p0−ρ2v12需要注意的是, p 0 p_0 p0是工作气的滞止压力。再考虑质量守恒方程,有
v 1 A 1 + v ′ ( A 2 − A 1 ) = v 2 A 2 v_1A_1+v'\left( A_2-A_1 \right) =v_2A_2 v1A1+v′(A2−A1)=v2A2
联立求解
引入无量纲的面积比
ε 1 = A 1 A 2 , ε 3 = A 3 A 2 \varepsilon _1=\frac{A_1}{A_2},\varepsilon _3=\frac{A_3}{A_2} ε1=A2A1,ε3=A2A3
引入压力差
Δ p = p 0 − p 3 \Delta p=p_0-p_3 Δp=p0−p3联立扩张段质量守恒方程、扩张段伯努利方程、直筒段动量守恒方程和直筒段质量守恒方程,可以求解4个未知量
v ′ = ε 3 2 2 Δ p ( ( ε 1 + 1 ) ε 3 2 + ε 1 − 1 ) + ρ v 1 2 ( ( ε 1 − 1 ) ε 3 2 − 3 ε 1 + 1 ) ( ε 1 − 1 ) ε 3 2 ρ + ε 1 ( ε 3 2 + 1 ) v 1 ( ε 1 + 1 ) ε 3 2 + ε 1 − 1 v'=\frac{{\varepsilon _3}^2\sqrt{\frac{2\Delta p\left( (\varepsilon _1+1){\varepsilon _3}^2+\varepsilon _1-1 \right) +\rho v_{1}^{2}\left( (\varepsilon _1-1){\varepsilon _3}^2-3\varepsilon _1+1 \right)}{(\varepsilon _1-1){\varepsilon _3}^2\rho}}+\varepsilon _1\left( {\varepsilon _3}^2+1 \right) v_{_1}}{(\varepsilon _1+1){\varepsilon _3}^2+\varepsilon _1-1} v′=(ε1+1)ε32+ε1−1ε32(ε1−1)ε32ρ2Δp((ε1+1)ε32+ε1−1)+ρv12((ε1−1)ε32−3ε1+1)+ε1(ε32+1)v1 v 2 = v 1 ε 1 + v ′ ( 1 − ε 1 ) v_2=v_1\varepsilon _1+v'\left( 1-\varepsilon _1 \right) v2=v1ε1+v′(1−ε1) v 3 = v 2 ε 3 v_3=\frac{v_2}{\varepsilon _3} v3=ε3v2 p 2 = p 3 + ρ v 3 2 2 − ρ v 2 2 2 p_2=p_3+\frac{\rho v_{3}^{2}}{2}-\frac{\rho v_{2}^{2}}{2} p2=p3+2ρv32−2ρv22
绘图
下图实线是典型工况下 v ′ v' v′随 v 1 v_1 v1的变化曲线,由于未考虑从 p 3 p_3 p3到 p 1 p_1 p1的流动过程,故称之为内特性曲线。短虚线表示被引射气体流经环缝无压力损失条件下,根据 p 1 p_1 p1与 p 3 p_3 p3压力差直接计算得到的 v ′ v' v′,称为理想的外特性曲线。二者交点即为理想工作点。如果在此基础上考虑 p 3 p_3 p3到 p 1 p_1 p1流动过程中的压力损失,实际工作点应在理想工作点下方。
下图是 v 3 v_3 v3随 v 1 v_1 v1的变化曲线
下图是 p 1 − p 3 p_1-p_3 p1−p3的变化曲线,当 p 1 − p 3 < 0 p_1-p_3<0 p1−p3<0时引射器才可能正常工作。

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