带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置的制作方法

本发明属于流体力学领域，具体涉及到一种利用高压流体的能量对低压流体进行引射的装置。

背景技术：

引射器是一种能量转换的装置，由于没有运动部件，体积小、维护简单、工作时噪音较小等特点而经常被人们利用。依据流体力学原理引射器利用高压(液体、气体或混合流体)流体的能量对低压流体进行引射，其工作原理如图1所示。传统的引射器由一次流入口管、二次流入口管、渐缩喷管、混合室、混合管以及扩散管组成。一次流高压流体经入口管通过渐缩喷管时，由于面积减小压力降低会在渐缩喷管出口处(即混合管内部)产生负压，而且一次流入口流体在渐缩段产生的压力差越大，混合管内部的负压也越大，二次流入口处与混合管内部的压差也越大。二次流流体借助该压差会被卷吸进入引射器中。一次流与二次流在混合室进行交汇，流向混合管，在混合管中进一步完成混合过程，此时混合流体的压力、速度逐渐稳定。引射器扩散管的作用是将动能再转化为压力势能。因为在扩散管中面积逐渐增大，高速的混合流体的速度则逐渐下降、而压力逐渐上升。

这种引射器结构的缺陷是：外部流体不同的条件参数对引射器的性能会有很大的影响。一般一次流流体在入口处压力较低时，在渐缩段产生的压差相对就小，引射器的性能会有较大幅度的下降。因此对于进口压力相对较小的流体不适于用引射器作为动能转换。如果对引射器的结构进行改变，使之在低压时仍有良好的工作效率，这对于提高引射器的性能是很好的举措，将扩展引射器的应用和工作范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于，通过改进现有引射器的结构，优化二次流入口管设计，提出了一种带有蜗壳式二次流的引射器装置。

以下对本发明技术原理及结构方案予以说明：

带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，引射器由一次流入口管、二次流入口管、渐缩喷管、混合室、混合管、和扩散管组成。其改进方案是：混合室外的轴线上设有一次流入口管，在混合室径向设置两个对称的蜗壳螺旋式二次流入口管，两个二次流入口管以圆弧线环绕贴合在混合室表面，并与混合室相通。一次流流体通过一次流入口管进入引射器中的渐缩喷管，二次流流体从两个进口进入混合室。一次流与二次流三股流体在混合室内合为一体，依次进入混合管、扩散管，最终通过出口管离开引射器。

二次流的进口管采用蜗壳式的旋转双进口的结构设计。其结构是两个对称的环绕混合室管的蜗壳式入口。螺旋蜗壳采用贴合壁面的结构，在蜗壳与壁面接触之后，用蜗壳的外壁代替原先混合室的壁面，气流一边旋转一边进入到引射器混合室中。

螺旋蜗壳可以强化流体扰动的技术特征是，对称式的入口可以产生两个相对的气流运动，流动方向之间的作用力互相抵消，蜗壳螺旋式的环状结构使气流沿壁面逐渐进入混合室。有利于引射器内混合室的气流均匀分布，减少典型引射器结构二次流撞击壁面所引起的能量损失。

本发明的特点以及产生的有益效果是：蜗壳螺旋式二次流引射器，能够有效降低传统引射器所引起的流体撞击壁面损失，同时蜗壳螺旋结构起到了气体导流的作用。使得导流气体沿着壁面方向进行流动，增强引射器内部气体流动的均匀性，使引射器内部一次流与二次流之间的混合更加充分，同时对真空区的形成起到促进作用。从而有效的提高二次流的被吸引量，提高引射器的性能，拓展引射器的工作范围。

采用了类似于蜗壳状的入口形状设计，可更有效的利用高压流体所产生的压力差带来的能量，同时优化了进气时的来流运动轨迹，使二次流的来流更加均匀，有利于与一次流的混合，使得产生的真空区更加均匀，真空度提高。

附图说明

图1为传统引射器外观结构原理图。

图2为蜗壳螺旋式二次流的引射器装置原理外观立体结构图。

图3为图2的主视图，用以说明引射器的内部结构。

图4为图2的剖面图，用以说明蜗壳螺旋式在引射器内部的环绕方式。

图5为本发明实施例引射器回流比的对比图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此限定本发明的保护范围。

传统或目前一般采用的引射器结构如图1所示，由一次流入口管、二次流入口管、渐缩喷管混合室，混合管，扩散管组成。

本发明新的结构是：在混合室1外的轴线上设有一次流入口管3，在混合室径向设置两个对称的蜗壳螺旋式二次流入口管2-1、2-2，两个二次流入口管以圆弧线环绕贴合在混合室表面，并与混合室相通。一次流流体通过一次流入口管进入引射器中的渐缩喷管4，二次流流体从两个进口进入混合室，一次流与二次流三股流体在混合室内合为一体，依次进入混合管5、扩散管6，最终通过出口管7离开引射器。

以混合室中心线为轴心，至两个蜗壳螺旋式二次流入口管的入口截面螺旋旋转角度均为160°。两个二次流入口管的入口位置呈180°对称。引导气流沿蜗壳壁面方向进行流动，增强了引射器内气体的均匀分布。两个蜗壳螺旋式二次流入口管的结构尺寸相同。两个蜗壳螺旋式二次流入口管的入口截面可以是矩形，也可以是正方形、三角形、平行四边形。

引射器在其他结构保持不变的情况下，对二次流入口管的结构做了实质性的优化改进。两个蜗壳式入口管采用了对称分布方式，可提高了流体流动的均匀性。本实施例二次流入口的横截面是矩形，出口为整个与混合室接触到的面积，而非与入口横截面相同的矩形，这样设计的增大了进气的面积，提高了进气的均匀性。

作为实施例，螺旋蜗壳式入口的矩形截面长度为47mm，宽度为31mm。

一次流入口管的直径为27.6mm，出口管的直径为41.8mm，混合管的直径为18mm，长度为117mm，扩散管的长度为170mm，混合室的直径为70mm，喷管的长度为116.5mm，喉部直径为7.2mm。

作为与本发明实施效果的对比，实施例采用了2个引射器进行对比，其中1个引射器采用了本发明的结构；另外1个采用了传统引射器结构。两个引射器除了结构不同之外，其余技术参数以及材料完全相同。

2个引射器在相同的工况下进行测试，一次流气体引自于氢气罐纯氢气，压力范围为325kpa至450kpa，温度为20℃。二次流流体为加湿氢气，压力为300kpa,、相对湿度80％，温度80℃，内部环境压力为300kpa。

图5给出了2个引射器回流比仿真计算结果的对比。回流比是被吸引二次流流量与一次流流量之间的比值，用来说明引射器性能的优劣，回流比越大说明引射器的性能越好。从图中可以看出，本发明提出的螺旋蜗壳式引射器对引射器性能的提升非常显著，尤其是低一次流压力区域，有效的提高了引射器的回流比和工作的稳定性。

技术特征：

1.带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，引射器由一次流入口管、二次流入口管、渐缩喷管混合室、混合管、和扩散管组成，其特征在于：在混合室(1)外的轴线上设有一次流入口管(3)，在混合室径向设置两个对称的蜗壳螺旋式二次流入口管(2-1、2-2)，两个二次流入口管以圆弧线环绕贴合在混合室表面，并与混合室相通，一次流流体通过一次流入口管进入引射器中的渐缩喷管(4)，二次流流体从两个进口进入混合室，一次流与二次流三股流体在混合室内合为一体，依次进入混合管(5)、扩散管(6)，最终通过出口管(7)离开引射器。

2.根据权利要求1所述的带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，其特征在于：以所述混合管中心线为轴心，至所述两个蜗壳螺旋式二次流入口管的入口截面螺旋旋转角度均为160°，两个二次流入口管的入口位置呈180°对称。

3.根据权利要求1所述的带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，其特征在于：所述两个蜗壳螺旋式二次流入口管的结构尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，其特征在于，所述两个蜗壳螺旋式二次流入口管的入口截面可以是矩形，也可以是正方形、三角形、平行四边形。

技术总结
本发明公开了一种带有蜗壳螺旋式二次流的引射器装置，在混合室外的轴线上设有一次流入口管，在混合室径向设置两个对称的蜗壳螺旋式二次流入口管，两个二次流入口管以圆弧线环绕贴合在混合室表面，并与混合室相通。一次流与二次流三股流体在混合室内合为一体，依次进入混合管、扩散管，最终通过出口管离开引射器。在蜗壳与壁面接触之后，用蜗壳的外壁作为混合室的壁面。入口管的蜗壳旋转角度为160°，蜗壳螺旋式的环状结构使气流沿壁面逐渐进入引射器，起到了引导气流运动的作用。本发明能够有利于引射器内部的气流均匀分布，减少传统引射器结构二次流撞击壁面所引起的能量损失，有效提高了引射器性能。

技术研发人员：杜青;刘展睿;焦魁
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2019.08.30
技术公布日：2019.12.24