水力噴射器的流動特性計算及其設計

第第頁共4頁水力噴射器的流動特性計算及其設計流動特性計算超低位高真空水力噴射器水力噴射器是具有抽真空、冷凝、排水為一體的重要有效能轉換的裝置，是真空濃縮系統(tǒng)中重要的設備。它是利用一定壓力的水流通過對稱均布成一定傾斜度的噴嘴噴出，聚合在混合室喉部的焦點上，由于噴射水流速度很高，于是在其周圍形成負壓，使噴射器內(nèi)產(chǎn)生真空并抽吸空氣與二次蒸汽。由于二次蒸汽與噴射水流直接接觸，進行熱交換，絕大部分的蒸汽凝結成水，極少量未被冷凝的蒸汽與不凝結的氣體與高速噴射的水流互相摩擦、混合與擠壓，通過擴散管被排除，使噴射器內(nèi)形成更高的真空。多噴嘴水力聚焦喉部的集束度是其抵抗外壓與封水能力，進而保證較高負壓的關鍵。目前噴射器廠家的產(chǎn)品性能和實際應用，均要求該設備安裝高度4、5米以上，且排水尾管長3米以上，如果直連上冷卻塔裝置，安裝高度達7、5米以上，這對單層建筑使用極為不便，獨立安裝則需搭建較高鐵架，安裝及維修均很不利。就其原因是噴射器的多噴嘴水力抵抗外大氣壓的能力較低，必須借助安裝的高位差，使下水管產(chǎn)生一定的抽水效應，幫助噴射器能在較高的真空狀態(tài)（－0、085MPa0、092MPa）下正常工作，否則將會倒進水而使真空破壞。以下就噴射器的普遍水力特性進行計算，并提出能安裝高度1、5米左右，若不用循環(huán)水泵，直連冷卻塔裝置而安裝高度只需不到4米的解決方案。1噴射器排水尾管的下水能力排水尾管下水能力是指混合室喉管直徑確定后，多噴嘴打出的水通過喉部的順暢程度，即通過流量Q所需要的最小喉管直徑do喉徑過小則下水能力不足，過大則噴射器水力抵抗外大氣壓的能力大為下降。噴射器射流集束度即聚焦好壞與喉徑密切相關，對一臺制成的噴射器，其抵抗外壓的能力是確定的。1、1噴射器下水過程高速噴射的水流形成的負壓會抽吸周圍大量的空氣，從而使射流夾帶空氣沖向集水混合室的“喇叭”入口端，形成大量的白水泡泡和劇烈的水流旋滾區(qū)，這是水力機械能損失最大的地方，如果水流不能及時下行，旋滾區(qū)髙度h會上升，此時能量損失更大。旋滾區(qū)水流借助重力和噴射水壓擠向集水混合室的喉部，再從擴散管排出。噴射水流股由于水力特性，都會有一個圓心張角，即使設計加工時噴嘴的水力焦點完全重合，也會因此形成噴射束環(huán)DO比設計時大不少，DO值與噴嘴內(nèi)部加工精度和流線性能密切相關、圖（1－1）噴射器水力特性分析示意圖1、2噴射器水力損失能噴射器水流在髙速射向喉部混合室時，由于吸入大量空氣形成一定髙度h的劇烈旋滾區(qū)，這是水力能損失最大的地方。該旋滾區(qū)水流特性類似于管道流動突然擴大時的旋滾區(qū)，借助這種水力相似原則確定噴射器水力損失能可表示如下：式中，d噴射束環(huán)直徑；v單位時間擴散過氣膜的蒸汽摩爾數(shù)（mol/s）Kp,T—以壓差（MPa）為動力的傳質(zhì)系數(shù)，p為氣相主體的壓強，p*為一定溫度下液相平衡分氣壓，可查表。在一定傳質(zhì)條件下，該傳質(zhì)系數(shù)為常數(shù)。A—氣液接觸的液相總吸收面積（m2）、對噴射水柱的液相吸收面積A0,由于噴射水的圓心張角的影響，可近似認為其是噴射水圓臺柱的側面積的倍，即（m2）式中，面積系數(shù)1、5?2、0,rO—噴嘴半徑（m）；Lh—噴射水柱長（m）；=0、3?0、5,tanO、0052?0、0087,對N個噴嘴形成水流柱的吸收面積可計算如下：噴嘴流速，流速系數(shù)=0、96,有Ap=，得（m）于是，液相總吸收面積（3-3）（m2）最后，噴射水可吸收的最大蒸汽量為：二（mol/s）（3-4）公式（3-4）的意義是在噴射器工作條件確定情況下,由已知的蒸發(fā)量求取傳質(zhì)系數(shù)Kp,T，進而在其它噴射器設計時根據(jù)情況，確定噴射器水柱長度Lh,即噴射器的髙度尺寸。如對一個確定的噴射器和工作條件，蒸發(fā)量dn/dt=1200kg/h=18、5mol/s,Q=0、0139m3/s,N=7,Lh=0、8m,v=Q/NAP=0、0139/（5、510-4）=25、3m/s,p-p*=0、008-0、0035MPa（27°C水飽和蒸汽壓）=0、0045MPa，可求得傳質(zhì)系數(shù)Kp,T=8、32103（mol/m2MPas）4噴射器兩個真空現(xiàn)象的解釋4、1進料好后開蒸汽時真空下降，過后迅速提升的現(xiàn)象進完料后真空通常達到-0、08MPa以上，但開蒸汽時真空會較快下降達-0、06MPa左右，此后會慢慢回升，待濃縮器內(nèi)料液即將沸騰時迅速提升。這種現(xiàn)象是噴射器射流吸收氣體的性質(zhì)決定，當開蒸汽時，逐漸產(chǎn)生的蒸氣驅(qū)趕濃縮器內(nèi)的空氣等不凝性氣體，此時噴射器內(nèi)的真空度仍然很髙，但空氣等不凝性氣體難被噴射水流吸收、夾帶，這時氣體擴散為液膜控制，以致濃縮器內(nèi)真空較快下降；待被趕擠至噴射器內(nèi)的空氣等慢慢被噴射水流夾帶、擠壓至喉管并幾乎完全排出后，接著的水蒸氣迅速被噴射水吸收，此時濃縮器內(nèi)的真空就被迅速提升。4、2料液沸騰時真空度更高而不會破壞并進水的現(xiàn)象濃縮器內(nèi)料液沸騰蒸發(fā)時形成的水蒸氣以高速u在導汽盤的導向下飛