空氣射流器是長途客車車載真空廁所系統(tǒng)的核心部件，一定壓力的壓縮空氣通過空氣射流器將產(chǎn)生抽吸便器內(nèi)污水所需的真空。以空氣射流器為研究對象，利用FLUENT 商業(yè)軟件對其內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬。分析了噴嘴距、等截面混合室長度以及擴(kuò)散段錐角等3 個幾何參數(shù)對空氣射流器性能的影響，為此類空氣射流器的設(shè)計提供了一定的理論支持。

　　長途客車車載真空廁所系統(tǒng)是以真空為動力將糞便及少量沖水抽吸進(jìn)集便箱，與直排式和間接直排式車載廁所相比具有以下優(yōu)點：①不會對公路及周邊環(huán)境造成環(huán)境污染；②耗水量少，約0.8L/ 次，不僅有利于節(jié)約用水，而且可以減小水箱和集便箱的體積和重量；③整套系統(tǒng)是封閉的，不易堵塞管道，不會造成臭氣外溢。

　　空氣射流器是長途客車車載真空廁所系統(tǒng)的核心部件，它是以空氣作為工作介質(zhì)來抽吸和壓送氣體（被抽氣體稱為引射介質(zhì)），以獲取真空的射流器。圖1 為長途客車車載真空廁所系統(tǒng)的工作原理圖。沖洗廁所的過程為：t = 0 s 時，按下沖洗按鈕，控制閥5 打開，壓縮空氣存儲罐1（容積為0.1 m3） 中具有一定壓力的壓縮空氣經(jīng)減壓閥4 壓力降至0.2~0.3 MPa，其中一部分壓縮空氣將增壓器8 內(nèi)的水壓入便池9；另一部分壓縮空氣將換向閥20 打開，壓縮空氣存儲罐中的壓縮空氣經(jīng)過減壓閥21 后進(jìn)入空氣射流器18，在空氣射流器的作用下，真空箱11（容積5 L 左右）內(nèi)迅速形成真空。t = 2 s 時，延時閥17 在時間繼電器作用下打開，界面閥10 在0.2~0.3 MPa 的壓縮空氣作用下打開，便池9 中的糞便污水在具有一定壓力的少量沖水及氣壓差的作用下被抽吸進(jìn)真空箱11。t = 5 s 時，控制閥5、延時閥17、換向閥20 和界面閥10 關(guān)閉，此時真空箱內(nèi)真空消失，隔板12 打開，糞便污水在重力作用下落入集便箱13并暫存其中，隔板關(guān)閉。水箱中的水在重力作用下流入增壓器（容積為0.8 L）�？蛙囘\行過程中產(chǎn)生的壓縮空氣存儲于壓縮空氣存儲罐中。

　　空氣射流器通常由噴嘴、吸入室、等截面混合室和擴(kuò)散室四部分組成（如圖2 所示）。具有一定壓力的壓縮空氣流通過噴嘴加速形成超音速射流，在噴嘴出口處呈扇形射出，并形成一個低壓區(qū)，由于氣體的粘性，高速氣流卷吸周圍的氣體，引射氣體（吸入室、真空箱及連接管道內(nèi)的常壓空氣）在壓力差的作用下，不斷向低壓區(qū)流動，與工作氣體發(fā)生混合，而后形成一股單一均勻的混合流體，混合流體在擴(kuò)散室內(nèi)經(jīng)減速壓縮到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓后排出空氣射流器。此時，吸入室和真空箱內(nèi)具有一定的真空度，從而實現(xiàn)了對真空箱抽真空的目的。因此，車載真空廁所空氣射流器的工作能力可以用真空箱內(nèi)獲得的真空度來表征。

1.壓縮空氣存儲罐; 2. 壓力表3.15.16. 空氣過濾器; 4.21. 減壓閥; 5.控制閥; 6.水箱; 7.單向閥; 8.增壓器; 9.便池; 10.界面閥;11. 真空箱; 12. 隔板; 13. 集便箱; 14. 消聲器; 17. 延時閥; 18. 空氣射流器; 19.真空表; 20.換向閥;

圖1 車載真空廁所系統(tǒng)工作原理圖

圖2 空氣射流器示意圖

　　由索科洛夫一維分析方法可得空氣射流器的基本模型，其主要幾何參數(shù)如圖2 所示。由于車載真空廁所系統(tǒng)是利用壓縮空氣通過空氣射流器對密閉的真空箱抽真空，因此本文應(yīng)用CFD 軟件FLUENT 6.3對空氣射流器內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值分析的過程中，將被抽氣體入口設(shè)定為壁面。這時，可將真空箱視為吸入室的一部分。為了簡化計算，進(jìn)行數(shù)值模擬的過程中，增加吸入室的體積以替代真空箱，增加體積的大小約等于真空箱的體積，這樣以來，對真空箱抽真空可近似看成是對引射流體入口已封閉的吸入室抽真空。以此為基礎(chǔ)，通過改變基本模型的幾何參數(shù)，研究了不同工作流體壓力下噴嘴距（簡寫為NXP，其定義為工作噴嘴出口到等截面混合室入口之間的距離）、等截面混合室長度（L1）以及擴(kuò)散段錐角（θ）等3 個結(jié)構(gòu)參數(shù)在t = 2 s 時對吸入室內(nèi)獲得的真空度的影響。

3、結(jié)論

　　本文利用CFD 軟件FLUENT 對無引射流體入口的空氣射流器內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了工作流體壓力Pp 在其臨界壓力范圍內(nèi)變化時，噴嘴距（NXP）、等截面混合室長度(L1)以及擴(kuò)散段錐角(θ)等3 個幾何參數(shù)對吸入室在t=2 s 時獲得真空度的影響。根據(jù)數(shù)值模擬研究結(jié)果，可以得到如下結(jié)論：

　　（1）對于一定結(jié)構(gòu)的空氣射流器，存在著臨界工作流體壓力P *p，當(dāng)工作流體壓力Pp< P *p時，吸入室內(nèi)獲得真空度隨著工作流體壓力的增加而增加，當(dāng)Pp> P *p時，吸入室內(nèi)獲得真空度隨著工作流體壓力的增加而下降。

　�。�2） 當(dāng)工作流體壓力在P *p范圍內(nèi)變化時，最優(yōu)噴嘴距（NXP）隨著工作流體壓力的增加而減少；同時，最優(yōu)NXP 隨著等截面混合室直徑D3的增加而增加。

　�。�3） 當(dāng)工作流體壓力在P *p范圍內(nèi)變化時，最優(yōu)等截面混合室長（L1） 隨著工作流體壓力的增加而增加；同時，最優(yōu)L1 隨著噴嘴距NXP 的增加而減少。

　�。�4）對于一定結(jié)構(gòu)的空氣射流器，存在著最優(yōu)擴(kuò)散室錐角（θ），當(dāng)擴(kuò)散室錐角大于最優(yōu)θ 時，吸入室內(nèi)真空度幾乎沒有變化，并且最優(yōu)θ 不隨工作流體壓力和噴嘴距的變化而變化。