為了深入了解水蒸氣噴射泵內(nèi)流場結(jié)構(gòu),采用物理模型,在保持其他條件不變情況下,采用計算流體力學(xué)模擬得到不同背壓下噴射泵內(nèi)部壓力分布圖和混合室內(nèi)跡線圖,模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)有較好的一致性。通過分析跡線圖中的邊界層脫離現(xiàn)象和壓力分布圖中壓力的關(guān)系,得出高壓力梯度作用導(dǎo)致了引射流體邊界層分離,而邊界層分離后導(dǎo)致有效區(qū)減小,造成引射系數(shù)急劇下降。

　　自從1910 年Maurice Leblanc 制成第一個水蒸氣噴射制冷系統(tǒng)以來,水蒸氣噴射制冷系統(tǒng)已經(jīng)提出了很長一段時間,由于其制冷效率比較低,一直未受到足夠重視,發(fā)展一度受阻。隨著自然資源匱乏、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題的日益凸顯,水蒸氣噴射制冷系統(tǒng)再度受到研究人員的青睞。因為它僅使用價格低廉的工業(yè)廢熱或完全免費的太陽能等低品質(zhì)的熱源作為動力,且工作介質(zhì)為水———最環(huán)保的制冷劑,對環(huán)境完全無害。

　　作為整個制冷系統(tǒng)的核心,噴射泵具有結(jié)構(gòu)簡單,無任何回轉(zhuǎn)部件,運(yùn)行過程無任何磨損,使用壽命長,維護(hù)費用低等優(yōu)點,但其內(nèi)部流動十分復(fù)雜,包括亞音速、超音速流動,因此,對噴射泵內(nèi)部流動結(jié)構(gòu)的了解是很有必要的。

　　傳統(tǒng)實驗方法在流場可視化和數(shù)據(jù)采集方面受到很大限制,而采用計算流體力學(xué)(CFD) 手段則能很好的解決這些問題 ,因此被越來越多的人所采用,并且在噴射泵研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。噴射泵結(jié)構(gòu)和對應(yīng)軸線壓力、速度分布如圖1 。工作蒸汽通過拉瓦爾噴管后獲得超音速氣流,噴出噴管后在其周圍產(chǎn)生一低壓區(qū),壓力值低于蒸發(fā)器內(nèi)壓力,在壓差驅(qū)動下,蒸發(fā)器內(nèi)水蒸氣被抽入吸入室,在粘性力作用下,兩股流體在混合室內(nèi)混合,經(jīng)喉部、擴(kuò)壓器排出。

圖1 　噴射泵及內(nèi)部壓力、速度分布曲線

　　不同背壓下噴射泵引射系數(shù)曲線見圖2 ,將噴射泵工況大致為三部分———臨界狀態(tài)、次臨界狀態(tài)、回流狀態(tài)。當(dāng)背壓低于臨界值時,在其他條件不變情況下,引射系數(shù)不受背壓影響,保持恒定值;而當(dāng)背壓大于臨界值后,抽氣率隨背壓升高急劇下降,很快出現(xiàn)返流。

圖2 　噴射泵抽氣特性曲線

3、結(jié)論

　　(1) 采用CFD 手段對水蒸汽噴射泵流場模擬很好地捕獲了混合式內(nèi)部的流動結(jié)構(gòu),能夠為分析和理解噴射泵性能提供幫助。

　　(2) 當(dāng)背壓大于臨界背壓值時,由于高的壓力梯度導(dǎo)致混合室內(nèi)出現(xiàn)邊界層脫離,形成的漩渦減小了吸入引射流體的有效區(qū),使泵性能急劇下降。

　　(3) 隨著背壓的進(jìn)一步增大,漩渦區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)展,形成返流。

　　上述研究結(jié)果表明,噴射泵工況必須保持在臨界狀態(tài)下,才能保證其正常穩(wěn)定工作。