射流泵理论与技术

射流泵技术的理论及应用

1. 前言

射流泵是一种流体机械，它是以一种利用工作流体的射流来输送流体的设备。根据工作流体介质和被输送流体介质的性质是液体还是气体，而分别称为喷射器、引射器、射流泵等不同名称，但其工作原理和结构式基本相同。通常把工作液体和被抽送液体是同一种液体的设备称为射流泵。

我国从五十年代初开始对射流泵进行研究，最初通过引进国外的射流泵及样机在生产中应用，后来一些科研机构，高等学校考试进行研究和设计工作。1958年，淮北煤矿建井公司采用射流泵开排水。1961—1964年，中国农业机械化研究院结合华北地区深井提水需要设计研制了SLB 系列射流泵。1960年以来，我国著名学者陆宏圻教授运用立体留学和紊流射流泵理论研究了射流泵的基本性能方程、、汽蚀方程、装置性能方程、最有参数方程等，并在1989年比较全面给出了各种射流泵的设计理论和设计方法，出版了《射流泵技术的理论与应用》，为以后的研究工作奠定了坚实的基础。江苏大学李传君等对废气射流装置工作原理进行了分析，提出了采用单相气体等熵流动理论来设计和计算射流装置的主要工作参数，结果和理论值本吻合，为该类型的射流装置的设计提供了良好好的依据。沙洲工学院张防一基于平面势流理论，对混凝土射流泵装置的主要参数进行了理论设计，并根据射流泵装置内固液两相混合流动的特殊情况，提出了一套新的设计方法。

1995年，高传昌采用不同VI 径的喷嘴、面积比、喉嘴距和脉冲频率等几何参数和工作参数对气液活塞式脉冲射流泵进行了探索试验，初步掌握了装置运行的稳定条件。1999年，段新胜和孙孝庆进行了大量性试验，通过对比环形多喷嘴射流泵，得出结论：合理设计环形多喷嘴射流泵的各结构参数可显著改善射流泵的工作性能的；喷嘴安装角和喉嘴距决定着高速射流是否会产生附壁流动，它们应同时取较大值或较小值，但喷嘴安装角在任何情况下都不能太小；其喉管进口角不应超过45度; 喉管长度与直径的比值L ／d3可比中心射流泵小，t>3．5即可；喷嘴个数并不是越多越好，一般≤6；2003年，康宏琳对非恒定射流泵的时均性能进行了数值计算，2006年，尚华对脉冲液体射流泵的性能进行了数值计算，两者的结果均证明了脉冲射流能提高射流泵的效率。2004年, 武汉大学何培杰等人采用PIV 流场测试技术对液体射流泵的流场进行了试验研究, 测得了不同流量比下工作流体和被吸流体的流速分布, 分析了射流泵内部流动的沿程发展情况以及射流泵内有限空间流动与无限空间的伴随射流的异同。

2. 射流泵的基本结构

2.1 基本结构

射流泵主要有1. 压力管路、2. 喷嘴、3. 吸入管路、4. 喉管、5. 扩散管、6. 排出管等组成。该泵整体结构简单，没有运动件，其结构如图1所示。

2.2工作原理

图1 射流泵基本结构示意图 工作液体从动力源沿压力管路1引入喷嘴2，在喷嘴出口处由于射流和空气之间的粘滞作用。把喷嘴附近空气带走，使喷嘴附近形成真空，外界大气压力作用下，被抽送液体从吸入管路3被吸上来，并随同高速工作液体一同进入喉管4内，在喉管内两股液体发生动量交换，工作液体将

一部分能量传递给被抽送液体。这样，工作液体速度减慢，被抽送液体速度渐加快，到达喉管末端两股液体的速度渐趋一致，

混合过程基本完成。然后进入扩散管5，在扩

散管内流速渐降低压力上升，最后从排出管6

排出。

3. 射流泵的基本性能

射流泵基本方程h=f(mq)以无量纲参数

扬程比h ，流量比q 和面积比m 来表征射流泵

内的能量变化，以及各基本零件（喷嘴、喉管、

扩散管和喉管进口）对性能的影响。

运用水力学基本原理，即对射流泵沿着液

体流动方向分段应用动量方程、能量方程和连

续性方程分五步导出射流泵基本方程。

1) 先对喉管进口a-a 断面与它的出口b-b 断面列出动量方程

2) 对n-n 断面和a-a 断面用动量方程，再对e-e 断面与n-n 断面用能量方程，

求出a-a 断面被抽送液体平均流速

3) 对n-n 断面与m-m 断面用能量方程求出n-n 断面的工作液体平均流速n1v 的

表达式

4) 对b-b 断面 与c-c 断面用能量方程，求出b-b 断面平均流速bv 的表达式

5) 将已知的v 1a ，v 2a 和v b 的表达式代入式（6-3），整理后得射流泵基本方程

上列诸式中的流速系数ϕ1、ϕ2、

ϕ3、ϕ4可以根据相应部分的各阻力系数用水力学方法进行计

算，或通过试验测出。在一般计

算中可以采用ϕ1=975.01~0.95，

ϕ2=0.975，ϕ3=0.9，

ϕ4=0.8~0.85。

6）射流泵的效率

7）面积比m = 喉管断面面积／喷

嘴出口断面面积=f b f 0

4. 主要影响因素分析

射流泵的特性曲线就是反映泵的几何尺寸、压力与流量等参数之间的关系曲线，它是射流泵设计时参考的重要依据。只要知道各系列射流泵各处的阻力系数，应用给出的方程和公式便可通过计算作出射流泵的特性曲线。当给定一个面积比m 以后，便可由一系列相对应的流量比q 与扬程比h 、流量比q 与效率比η， 各给出一条h-q 和η-q 曲线。根据前面导出的液体射流泵的基本性能方程，可以绘制出泵的特性曲线。

在h 已给定的情况下，包络线上各点对应的面积比是最优面积比。利用包络线h=f(q,m)与各特性曲线h=f(q)的交点可得到m 与q 的关系，并可做出q-m 曲线，如图4所示。包络线h=f(q,m)把坐标平面h-q 分成两部分，如果设计数据h 和q 构成的设计工况点落在包络线的下面，则说明参数给的合理，可以设计出m 等于某个数值的射流泵；如果(h,q)设计点落在包络线的上方，说明用这组数据不可以设计出想得到的射流泵。射流泵综合特性曲线是通过对实际应用的射流泵m 值范围以内的情况，和当m 值不变，而尺寸改变的各种射流泵的情况下进行计算和实验研究得出的。所以射流泵综合特性曲线可以用来判别和指导设计。