射流泵的研究与进展
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脉冲液体射流泵装置性能理论与试验研究的开题报告一、课题背景和研究意义随着现代石油、化工、医药、食品等工业的发展,对于精密输送、化学反应等精确操作的需求日益迫切,而脉冲液体射流泵作为一种高压、小流量、高精度的新型液体输送方式,其应用前景广阔,成为了当前研究的热点之一。
该技术具有易于控制、传递能量高等特点,可应用于多种领域,例如:在加料过程中形成锥形的液滴,加速化学反应过程,以及高配合反应混合物的液体输送等。
但是,目前国内外对于脉冲液体射流泵的开发研究还处于起步阶段,且在理论和实验两个方面都还存在较大的研究空间,因此,从理论和试验两个方面对于脉冲液体射流泵的性能进行研究,对于深入挖掘其应用潜力,提高其稳定性和精度具有重要意义。
二、研究内容针对以上问题,本课题的研究内容包括以下几个方面:1、设计和制造脉冲液体射流泵装置,并对于其结构和工作原理进行分析和探讨。
2、从理论分析的角度,探讨脉冲液体射流泵的输送流量、压力、速度等性能指标的计算与分析。
利用流体动力学、数字模拟等方法,对于脉冲液体射流泵的流体流动特性进行研究,并建立相应的数值模型,以验证理论分析的可信度。
3、从实验角度出发,对于脉冲液体射流泵的性能进行现场测试,测量其输送流量、压力、速度等指标,并对于其稳定性和精度进行评估,以验证理论分析的正确性,完善理论模型并提高性能。
4、对于脉冲液体射流泵在化学反应、加料、液体混合等操作中的应用进行研究,并进行实验验证,以提高其实际应用价值。
三、研究方法本研究采用物理实验和理论模拟相结合的方法进行。
在物理实验方面,通过设计和制造脉冲液体射流泵装置,进行现场测试并记录数据,以验证其性能指标的准确性;在理论模拟方面,借助于流体动力学、数字模拟等方法,对于脉冲液体射流泵的流体流动特性进行分析,并建立相应的数值模型,以验证理论分析的可信度。
四、研究进度安排1、前期准备阶段(2周)研究文献阅读、理论基础学习和技术准备。
射流真空泵研究报告
一、原理
射流真空泵利用气体射流的高速流动原理来增加气体分子与泵内表面
的碰撞速率,从而增加气体分子的排出速率。
当气体分子经过喷嘴射流区
域时,受到射流的冲击,速度增加,压力下降,从而形成真空。
该原理即
为射流真空泵的工作原理。
二、结构
三、工作特性
1.抽气速度高:射流真空泵采用高速喷嘴射流的工作原理,能够快速
排除气体,实现高真空状态。
2.清洁无污染:射流真空泵无机械运动,不会产生润滑剂或其他杂质,保持系统洁净,无污染。
3.适用范围广:射流真空泵适用于各种气体,能够在宽气压范围内工作,适用性强。
4.维护简单:射流真空泵结构简单、可靠,维护成本低,易于操作和
维修。
四、应用
1.真空冶金:用于熔炼、淬火和热处理等工艺,保证高纯度和无气体
污染的金属制造。
2.科研实验:用于实验室的真空设备,如电子显微镜、光谱仪、粉末
冶金等。
3.化学工业:用于化学反应的真空设备,如合成反应、蒸馏和浓缩等。
4.真空涂层:用于真空镀膜,如光学镀膜、金属镀膜等。
5.真空包装:用于食品、电子产品、医疗器械等的真空包装,延长货
物的保质期。
综上所述,射流真空泵是一种高效、可靠、广泛应用的真空获取设备。
随着科学技术的不断发展,射流真空泵在各个领域的应用将进一步拓展,
为人们的生产和生活带来更多便利和效益。
射流泵的研究新进展摘要液气射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量及质量的流体机械和混合设备。
该泵具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点,因此被广泛应用于渔业、电力、化工、环保、消防、石油以及航空航天等领域,但其传能效率低一直是国内外学者所关注的问题。
概述了国内外液气射流泵的主要研究成果,总结了其主要研究方法。
特别介绍了液气射流泵在深海石油开采和海水淡化中的应用,并提出利用脉冲射流提高液气射流泵效率的新研究方向。
关键词:液气射流泵液气两相流动数值模拟脉冲射流海水淡化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形式基本相同。
我们接下来看到的是液气射流泵,一种新型的射流泵,我们将从下面更深入的了解该泵的发展过程。
液气射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量及质量的流体机械和混合设备。
液气射流泵通过液体射流对气体进行抽吸和压缩,泵内运动属于液气两相流动,且液体和气体之间容重相差很大,运动情况复杂。
液气射流泵具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点。
因此,广泛应用于渔业、电力、化工、环境保护、消防、石油以及航空航天等领域,但其传能效率低一直是国内外学者所关注的问题。
国内外的学者运用试验、理论和数值计算的方法对其进行了大量的研究工作,试图揭示液气射流泵内部两相流体流动的机理,从根本上解决传能效率低的问题。
回顾整理这些研究成果,总结其研究方法,可进一步为开展液气射流泵的研究提供依据和参考。
国内外研究状况液气射流泵的发展是一个理论研究和试验研究相互依赖,相互促进的探索过程。
由于液气射流泵内部流动是人们尚未掌握规律的液气两相湍流,不可能进行全面透彻的理论分析。
因此,在液气射流泵的研究过程中,试验研究是主要手段。
20世纪70年代以来,计算流体力学和计算机技术的进步带动了液气射流泵内部流场数值模拟的发展,并逐步发展成为理论与试验并列的新研究方法。
射流泵在放射性废液输送中的应用研究【摘要】射流泵是一种利用工作流体的高速射流来输送流体的设备,本文介绍了将射流泵用于含泥浆放射性废液提取和输送的工艺方案,并用CFD模拟的方法对其中的关键设备射流泵进行优化设计和选型。
通过模拟不同结构参数和边界条件下射流泵内部流场的分布,选择最佳的结构参数和工作参数,为将该技术应用到工程实践中提供支持。
【关键词】放射性废液;提取和输送;射流泵;数值模拟0 引言目前国内已有一定规模放射性废液输送的工程经验,但尚无大型放射性贮槽倒空的先例,为了实现大型放射性废液贮槽倒空,需要对含泥浆废液的提取和输送工艺及关键设备进行充分的研究和验证。
射流泵具有没有内部运动部件、结构简单、无泄漏、无液位限制、易于加工等特点,当工作液体和引射液体为同一种液体时,射流泵工作过程中不产生废气、不增加废液,所以在放射性流体输送方面有独特的优越性[1,2]。
但是,目前国内尚无射流泵在放射性废液输送工程中应用的先例。
本文介绍了大型放射性废液貯槽中含泥浆废液的提取和输送方案,并采用CFD数值模拟方法对关键设备射流泵进行研究,CFD模拟可部分减少射流泵研制过程中水力学结构尺寸的反复,缩短设计和验证周期。
1 射流泵装置原理射流泵装置主要由射流泵与为其提供动力的工作离心泵组成,原理见图1。
图1 射流泵装置原理示意图射流泵是一种利用工作流体的高速射流来输送流体的设备。
射流泵的工作原理是工作液体从动力源(如:工作离心泵)沿压力管路引入喷嘴,在喷嘴出口处由于射流和被引射流体之间的粘滞作用,把喷嘴附近的空气带走,使喷嘴附近形成真空,在外界大气压力作用下,引射液体从吸入管路被吸上来,并随高速工作液体一同进入喉管内,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引射液体,到达喉管末端两股液体的速度渐趋一致,然后进入扩散管,在扩散管内将大部分动能转化为压力能,最后从排出管排出。
工作离心泵为射流泵提供高速工作流体,其选型应以射流泵的工艺参数要求为依据,通过对射流泵装置进行系统设计和验证,可使其具有抽吸泥浆和长距离输送的功能。
射流泵的研究新发展环境10-2 郑兴14摘要:介绍了脉冲射流泵的工作原理、作用、应用情况和国内外的研究成果,并进行了系统的论述与总结,分析了当前的研究动态和存在的问题,指出了脉冲射流泵具有广阔的发展和应用前景。
关键词:射流泵效率发展正文:一国内研究进展在国内,武汉水利电力大学陆宏圻教授,长期从事于射流泵及喷射器的研究工作,以他为首的科研人员对各种射流泵装置进行了系统而深入的理论与试验研究,而对脉冲射流泵应用的研究从20世纪80代中期开始。
1986年,陆宏圻教授与北京重型机械厂合作,进行了脉冲离心射流真空泵的研制工作,并对其运行机理进行了研究,提出了基本方程。
在陆宏圻教授指导下,龙新平对脉冲射流泵进行了初步试验研究,导出了非定常射流泵的性能方程。
自1994年以来,龙新平对脉冲液体射流泵进行了一系列试验和数值模拟研究,研究结果表明,脉冲液体射流泵的效率明显高于恒定流射流泵。
高传昌从1995年正式开始从事气液活塞式脉冲射流泵的理论与试验工作,采取了用不同口径的喷嘴、面积比、喉嘴距和脉冲频率等几何参数和工作参数进行了探索试验,初步掌握了装置运行的稳定条件。
但由于方程求解时大量的简化,使得计算方法失去了普遍意义,其设计理论尚不完善。
此外,由于试验条件的限制,一些理论计算结果无法通过实践来验证。
因此,无论在理论上还是在试验上都有待进一步深入研究。
陆宏圻、龙新平在宏观上采用准二维的分析方法,导出了非定常情况下的射流泵性能方程,并与定常情况下射流泵性能方程进行了比较。
但由于一些惯性项的存在,以及目前关于非定常自由射流和有限空间射流流场的分布尚不清楚,无法计算非定常流损失,故非定常流情况下的动量修正系数和流速系数仍停留在稳定流的处理模式上,即以稳定流状态相关量来代替在处理上有困难的非定常流的相关量。
1995年,国内学者秦朝葵、张同等对脉冲燃烧运用于暖风机、热水器、人工煤气燃烧器上进行了试验研究。
2004年,武汉大学何培杰等人采用PTV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。
液体射流泵技术的理论及应用摘 要:射流泵是利用射流紊动扩散作用,来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。
运用流体力学和湍射流理论,导出射流泵的基本性能方程,并分析射流泵基本性能的影响因素;通过泵内能量守恒分析,研究泵内能量变化情况,并进行泵效的计算与分析,给出了射流泵运行的高效区。
关键词:射流泵;性能方程;能量损失;效率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。
本文则主要对液体射流泵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. 射流泵的基本性能研究射流泵基本方程()m q f h =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2ϕρ(q 1υ1a +q 2υ2a )- ρ(q 1+q 2)υb =[(p b +ρgz a )-(p a +ρgz a )]f b其中υ1a =n 11f q =υ1n , υ2a =a 22f q =n1b 2f f q -, υb =b 21f q q +。
油井排砂用射流泵流体流动特性探讨油井排砂用射流泵是目前常用的一种排砂工具,其主要原理是利用高压水泵将水加压后通过喷嘴产生高速水流射击井口,产生的高速水流可将井底的沉积物和杂质带到井口,从而达到排砂的目的。
在实际应用中,射流泵的流体流动特性对于排砂效果和使用寿命都有至关重要的影响,因此本文主要探讨油井排砂用射流泵的流体流动特性。
首先,我们来了解一下射流泵的基本结构和工作原理。
射流泵主要由高压水泵、水管、喷嘴、连接管以及支撑架等组成。
在使用前,需要将水泵输出的高压水通过水管输送到射流泵的喷嘴处,形成高速的水流。
在工作时,高速的水流射击井口,将沉积物和杂质带到井口,通过泥浆分离器进行处理,最终将洁净的液体送往处理站。
在射流泵的流体流动中,有几个重要的参数需要我们关注,主要包括流速、流量和压力。
流速是指单位时间内流体通过流道的速度,通常用米/秒来表示,是射流泵流体流动特性的一项重要参数,影响着射流泵的排砂效果。
流量则是指单位时间内通过单位截面积的流体量,通常用立方米/秒来表示。
在设计射流泵方案时,需要根据具体的油井情况和要求来确定合适的流量值。
压力则是指流体在管道中的压力,通常用帕斯卡(Pa)来表示。
在排砂过程中,压力值的变化也会影响排砂效果。
另外,射流泵的流体流动特性还与流道形状和喷嘴直径等有关。
通常情况下,射流泵的流道形状设计为圆形或矩形,这不仅与加工难度有关,也与流动特性有关。
经过优化的流道形状能够使水流更加流畅,并降低流体的阻力。
喷嘴直径则影响着高速水流的出口面积和流速等参数,因此在设计喷嘴时需要根据具体要求进行选择。
在使用射流泵进行排砂时,需要注意一些操作细节。
首先,高压水泵的输出流量和压力需要在一定范围内调整,过低的输出流量和压力会使排砂效果不佳,而过高则会加速设备磨损和故障率。
其次,在使用时要避免射流泵漏水现象的出现,否则会影响排砂效果并损坏设备。
最后,还需要设备使用人员具备一定的专业知识和技能,保证设备的操作和维护工作都在正常和安全的范围中进行。
液气射流泵性能研究与数值模拟射流泵是一种利用高速射流作为动力来传递动能和质量的流体机械和混合反响设备,其本身没有运动部件,具有结构简单、安装方便、工作可靠、寿命长等优点, 在许多工艺流程中应用具有优越性和不可替代性,在国民经济的开展中起着重要的作用。
但射流泵的缺点是由于工作流体〔射流〕和被吸流体〔引射流体〕混合能量损失很大,导致泵的效率较低, 这在一定程度限制了射流泵的应用范围。
本文利用有限元软件FLUENT17.0对液气射流泵内部流场进行模拟,研究喉嘴距、面积比、喷嘴结构和喷嘴安装形式等结构形式和不同工况对射流泵流场分布规律的影响, 寻求射流泵效率较高时的结构参数和合理工况。
主要开展以下工作:以单一变量法为根底, 构建不同喉嘴距和面积比下液气射流泵流体域模型, 导入到ICEM-CFD中进行网格划分并设定射流泵的各种边界,选择Mixture多相流模型和标准k- &湍流模型来进行数值模拟。
利用CFD-Post提取泵内压力和速度分布云图,提取进出口压力和质量流量数据。
对不同结构尺寸〔面积比、喉嘴距〕液气射流泵的流场性能进行比较分析, 以效率较优为目标, 得到较优喉嘴距和面积比。
在较优喉嘴距和面积比下, 将余弦、圆锥和圆柱喷嘴的性能进行比照, 得出圆柱喷嘴射流泵的壁面压力变化和轴线上的压力变化较余弦、圆锥喷嘴射流泵更大由于工作流体经过其收缩断面, 能量损失较大, 效率相对余弦、圆锥喷嘴低。
余弦和圆锥喷嘴射流泵流场特性相近, 考虑到余弦喷嘴不易加工, 射流泵采用圆锥喷嘴更合理。
在较优喉嘴距和面积比下, 考察多喷嘴液气射流泵内部流场特性, 设计了圆形三喷嘴、三角形三喷嘴、环向四喷嘴、中心四喷嘴和六喷嘴这五种多喷嘴射流泵,并使多喷嘴的喷嘴出口总面积等于单喷嘴且在同样边界条件下模拟。
本次设计的多喷嘴效率整体低于单喷嘴,说明多喷嘴不总是可以提高泵的效率, 喷嘴自身的结构和布置形式会影响泵的效率。
比照研究了平行六喷嘴和 2 种倾斜角度不同的聚焦六喷嘴射流泵的效率,得出聚焦多喷嘴可以提高泵的效率,喷嘴倾斜角越大,越有利于射流进行交汇, 形成的高速流核区向前推进的距离越大, 越有利于水射流与气体混合, 提高泵的效率。
射流泵的研究及其应用姓名: 张航学院:环境与化工学院专业:环境工程学号: 7号论文题目:射流泵的研究及其应用指导教师:罗克洁射流泵的研究及其应用摘要:介绍了射流泵的基本特点、结构与工作原理,从设计理论、内部流动和基本应用三个方面详细论述了射流泵的发展现状。
射流泵作为一种流体输送机械及混合反应设备,本身没有运动部件,结构特殊、工作可靠,将其与其他工作泵组合使用,可提高整个装置吸程,改善汽蚀性能,因而广泛应用于农业、水利、交通运输和环境保护等国民经济的各部门。
关键字:射流泵特点发展现状应用Abstract:The jet pump’s basic characteristic,stmcture and working principle are outlined.The deVel·opment status of the jet pump including the design theory,intemal now and basic applications are discussed.As one of the liquid transportation machines and mixing reaction equipments,jet pump has nomoving parts.’Jet pump has special stmcture and works reliablely.It will enhance the deVice suction andimprove cavitation chamcteristics if jet pump worl(s with other pumps.The pumps are widely used in agri—culture,water consenrancy,traffic and environmental pmtection.The development tendency of jet pumpsare also predicted.Key words:jet pump;characteristic;current situation;application射流泵是一种流体输送机械及混合反应设备,其特点是本身没有运动部件,结构简单,且工作可靠,密封性好,适宜在高温、高压、真空、放射和水下等特殊条件下工作。
射流泵的工作原理和应用1. 射流泵的概述射流泵是一种利用能流动液体的喷射动能从而产生吸入和排出流体的装置。
它使用了高速射流流体的能量转换原理,没有移动部件,具有简单、可靠、无漏油等优点。
本文将介绍射流泵的工作原理、主要构成和应用领域。
2. 射流泵的工作原理射流泵基于贝努利定理和连续性方程,通过液体高速射流的喷射作用来实现泵送液体的目的。
其工作原理如下:2.1 贝努利定理根据贝努利定理,液体在流动过程中,其速度越高,压力就越低。
射流泵利用高速射流的动能将其转换为低压区的吸力,实现了吸入和排出流体的作用。
2.2 连续性方程射流泵的工作还要依赖连续性方程。
该方程表达了液体在管道中的流量守恒原理,即单位时间内通过任何给定截面的液体质量是守恒的。
3. 射流泵的构成射流泵主要由以下几部分组成:3.1 主体结构射流泵的主体结构由入口管道、喷嘴和驱动装置组成。
入口管道将待泵送的液体引入喷嘴,喷嘴通过驱动装置提供的高速液体射流动能来实现液体的泵送。
3.2 有源介质有源介质是射流泵中用来产生高速射流的介质,可以是液体、气体或蒸汽。
有源介质的选择需要考虑工况要求、成本和能源消耗等方面的因素。
3.3 驱动装置驱动装置是射流泵中提供射流动能的关键部件。
常见的驱动装置包括压缩空气、电动机和蒸汽动力等。
4. 射流泵的应用射流泵由于其无需移动部件、节能环保的特点,在许多领域得到了广泛的应用,主要包括以下几个方面:4.1 污水处理射流泵在污水处理中广泛应用,利用其强大的排液能力和不易堵塞的特点,可以有效地将污水从低处输送到高处。
4.2 化工工艺射流泵在化工工艺中用于搅拌、混合和输送液体。
其无需移动部件的设计,使得射流泵在化工工艺中不易损坏,具有较长的使用寿命。
4.3 矿山排水射流泵在矿山排水中具有广泛的应用。
由于矿山地质条件复杂,且需要大量排水,传统的泵送设备常常不能满足要求,而射流泵可以通过调整喷嘴和液体流速来适应不同的排水量和排水距离。
水力射流泵技术的技术原理与应用摘要本文介绍了一种水力射流泵的原理和地面配套工艺,提出了水力射流泵的应用范围,为油田的原油生产提供了采油工艺。
关键词水力射流泵;原理;配套工艺;应用范围水力射流泵(俗称喷射泵)是一种按照射流原理工作的非容积式泵,具有独特的抽油工艺特点,经过几十年的发展和完善,现已形成可满足多种扬程和排量井的泵型,整个系统由油井装置和地面流程两部分组成。
1地面配套工艺方面水力射流泵是通过介质的二次能量转换进行工作的,即喷嘴之前的动力液的压能转变为之后的速度能,再由速度能变为压力能。
动力液速度的增加,在喷嘴与喉管之间形成一低压区,在低压区动力液携地层液进入喉管并经扩散器降速后,压力急剧升高,从而混合液被排至地面。
目前,现场最受欢迎的采油方式有以下三种:1.1注水管网—水力射流泵系统该系统是利用油田注水管网中的高压水作为动力液的射流泵抽油系统(图1)。
其特点是地面不需增加额外的动力泵以及动力液处理装置。
利用已建注水管网提供高压动力液,经流量控制和计量后,驱动水力射流泵将地层液连续不断地举升到地面。
1.2磁传动多级离心泵—射流泵系统磁传动多级离心泵—射流泵系统是以磁传动多级离心泵为地面动力泵的射流泵抽油系统(图2)。
磁传动多级离心泵主要由地面电机、多级离心泵、雌传动机构等部件组成。
该动力泵的最大特点是从根本上解决了目前地面动力泵高压条件下机械密封存在的介质泄露、检修频繁、可靠性低的难题,具有结构紧凑、施工方便、运行可靠、噪音低、使用寿命长和方便管理的优点。
该系统尤其适用于边远井的生产,可完全达到无人职守的条件下正常运行。
1.3单井装置—喷射泵系统单井装置—喷射泵系统是以水力泵单井装置为动力泵,以喷射泵作为抽油泵构成的抽油系统。
主要由三相分离器、地面泵机组、加热炉和井口采油树等组成(图3)。
经过不断完善和改造,该系统运行平稳,工作可靠,方便现场管理。
图3 单井装置—喷射泵系统1.4配套工具方面1)管柱配套的液压封隔器、全包卡瓦封隔器和低坐封力支撑式封隔器的推广和应用,使管柱受力结构得到改善。
射流泵的研究与应用发展1、射流泵在制冷技术中的应用随着我国经济的快速发展,对能源的需求量日益剧增,目前我国能源消费总量已经位居世界第一,因此节约能源已经成为制冷暖通空调行业研究的重要课题之一。
纵观国内外的研究成果,可以看出,制冷节能的研究主要集中在制冷循环系统的设计、压缩机技术的改进、冷凝器和蒸发器换热性能的提高、新型制冷剂的研究,而对节流环节的研究相对较少。
为了减少节流损失,国内外学者进行了很多改进方案的研究,喷射制冷循环就是最具研究价值和应用前景的方案之一。
因为射流泵( 又名喷射器、引射器) 具有结构简单、无运动部件、成本低廉、运行可靠、安装维护方便等优点,适用于包括两相流在内的任何流型,而且将其应用于制冷循环,既能提高系统性能,又不会增加系统复杂程度。
自十九世纪六十年代德国学者G. Zeumen 根据动量守恒定理,提出了射流泵设计的基本理论以来,许多研究者都对此展开了相关研究2 射流泵的研究现状射流泵是依靠一定压力的工作流体通过喷嘴高速喷出带走被输送流体的泵。
工作流体Qo从喷嘴高速喷出时,在喉管入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空,被输送的流体QS即被吸入。
两股流体在喉管中混合并进行动量交换,使被输送流体的动能增加,最后通过扩散管将大部分动能转换为压力能。
1852年,英国的D.汤普森首先使用射流泵作为实验仪器来抽除水和空气。
20世纪30年代起,射流泵开始迅速发展。
按照工作流体的种类射流泵可以分为液体射流泵和气体射流泵,其中以水射流泵和蒸汽射流泵最为常用。
射流泵主要用于输送液体、气体和固体物。
它还能与离心泵组成供水用的深井射流泵装置,由设置在地面上的离心泵供给沉在井下的射流泵以工作流体来抽吸井水。
射流泥浆泵用于河道疏浚、水下开挖和井下排泥。
射流泵没有运动的工作元件,结构简单,工作可靠,无泄漏,也不需要专门人员看管,因此很适合在水下和危险的特殊场合使用。
此外,它还能利用带压的废水、废汽(气)作为工作流体,从而节约能源。
射流泵虽然效率较低,一般不超过30%,但新发展的多股射流泵、多级射流泵和脉冲射流泵等传递能量的效率已有所提高。
射流泵主要结构如图 1 所示,一般由工作喷嘴、引射室、混合室、扩散室四部分组成。
工作流体经过工作喷嘴降压加速,在引射室内形成低压区,使引射流体进入引射室,并在工作流体的卷吸作用下进入混合室,两股流体逐渐混合形成均匀混合流体,再经扩压管减速增压到一定的压力[ 4]。
因此,喷射器在工业上的应用主要集中在两个方面:一是抽吸功能,即在引射流体进口产生低压、低温区域,例如用作真空泵;二是增压功能,即在扩压室出口制造高压、高温环境,例如作为喷射增压器。
2. 1 代替制冷循环中的压缩机蒸汽喷射式制冷系统利用较低品位能源制冷的原理图及其相应的压焓图如图 2 所示。
射流泵作为喷射制冷系统的核心部件,在制冷系统中起着至关重要的作用。
Maurice Leblanc于 1910 年成功研制出了第一台蒸汽喷射制冷系统,该制冷系统在二十年代曾被广泛的应用于大型建筑的空调系统,但随后被体积紧凑、效率更高的机械压缩式制冷系统取代,对蒸汽喷射制冷系统的研究和发展也停滞不前。
20 世纪末期,随着低品位余热( 低温废热) 和可再生能源的合理利用开始得到中外学者的广泛重视。
在制冷行业中,喷射制冷的用能特点正符合这一要求,因此,中外学者展开了大量的理论与实验研究以实现喷射制冷系统性能的提高。
3 射流泵的 CFD 模拟研究射流泵结构虽然比较简单,但是射流泵内部流动过程却比较复杂,而且试验的实际投入过大,往往得到的试验结果也不尽如人意,故目前多以计算机的数值模拟仿真计算替代了试验验证,借助于 CFD 软件可以得到射流泵内部流场的细节,并可以指导实验及理论设计。
这样一方面节省了成本,另一方面可以更方便的得到制冷系统更多不同结构参数和状态参数下的运行结果。
从而拓宽了研究参数的变化范围,也使得研究进度在之前的基础上有了极大的提升,许多学者对射流泵的研究深度和广度均发生质的飞跃。
当工作参数一定时,只有合理优化射流泵结构,才能提高喷射系数。
通过对射流泵主要结构(喷嘴、混合室以及扩散室) 进行 CFD 模拟,分析结果可以得出主要结构对射流泵性能的影响规律,从而为得到最优的射流泵结构提供支持。
3. 1 喷嘴结构的影响(1)喷嘴面积比对射流泵性能的影响在射流泵中,最关键的部件是喷嘴。
由于喷嘴出口面积与喷嘴喉口面积之比Ae /At 决定喷嘴出口马赫数,因此,Ae /At 是喷嘴设计的关键。
根据文献[ 14]模拟结果可知,在能保证正常工作背压的同时,如果喷嘴出口面积减小,可以使得出口流速更高、压力更低、带动低速流体的工作范围也更大。
因此,喷嘴出口和喉部面积比对于整个喷嘴的工作性能有很大的影响。
不过在设计的时候,不能仅仅通过改变喷嘴出口和喉部面积比来改善喷嘴性能,需要整体考虑喷嘴实际工作情况,确定最佳的喷嘴结构尺寸。
此外,喷嘴入口与喷嘴喉口的面积比 Ao /At是喷嘴设计的另一个参数。
喷嘴入口面积可以通过喷嘴直段入口的壁厚加以改变,这样可以保持射流泵的其它结构完全不变,保证射流泵性能只受到喷嘴入口面积变化的影响。
当喷嘴入口速度在某一范围时,射流泵的最大喷射系数保持不变,即 Ao /At 的变化不影响射流泵的最大喷射系数值。
然而,喷嘴入口面积对射流泵性能的影响是不能忽视的,调整好喷嘴入口流体的速度可以有效地提高射流泵的临界压缩比,可以提高射流泵的出口压力,降低对出口压力的要求,这对低温热源的利用是非常有意义的。
(2)喷嘴轴向尺寸对射流泵性能的影响喷嘴的轴向尺寸对喷嘴也有较大影响,其中包括喷嘴收缩段长度 l1,喉口处直段长度 lt 以及喷嘴扩张段的长度 l2。
当 l1 可在 2—6dt 的范围内变化时,相应的最大喷射系数,及临界压缩比的波动范围均小于 0.5% ,结果表明,收缩段长度对射流泵性能的影响很小,因此,设计时可根据射流泵在整个系统中的位置空间大小来调整。
当喷嘴喉口处直段长度 lt 取 0, 1, 2, 3,4mm 时,模拟结果表明,喷嘴喉口处直段的存在是必要的,当直段长度为 0 时,射流泵的最大喷射系数的值是最低值。
但在 1 ~ 4mm 范围内,射流泵的最大喷射系数值变化不大,相对变化量 2% 。
因此,喷嘴喉口的直段存在是必要的,一方面可以增加喷射系数,另一方面可以克服无直段时喷嘴喉口处易受磨损而使直径发生变化的缺点。
设计时可根据加工精度的要求,在 1 ~4mm 范围内调整。
射流泵的最大喷射系数及临界压缩比随 l2的增加先增加后降低。
在喉口直径 dt = 5. 8mm,出口直径 de = 12. 5mm,入口直径 dm = 22. 4mm 情况下,当 l2 为 6dt 时,最大喷射系数及临界压缩比为最佳值。
小于此长度,最大喷射系数下降很快,当 l2 为 2dt 时,最大喷射系数下降了 0. 129,降幅达 21% ;大于此长度时,最大喷射系数减少的幅度小,在 6 ~ 8 倍喷嘴喉口直径时,相对变化量在1% 以内。
因此,设计时应找到喷嘴扩张段长度的最佳值。
3. 2 混合室结构的影响混合室的主要作用是使工作流体与引射流体充分混合,保证混合流体经扩压室实现最大限度的压力恢复。
所以对混合室长度的要求就是以较小的能量损失,保证混合室出口处的混合流体具有比较均匀的速度场。
因此,如何确定比较合适的混合室长度和直径,也是影响射流泵性能的关键因素4 总结与展望数值分析和实验研究的结果均表明,将两相射流泵作为节流装置,可以提高蒸汽压缩式制冷系统的 COP。
从热力学分析的角度出发,制冷系统 COP的提高超过 20% ,但是没有一个实验的结果能提升 10% 以上的。
这是由于射流泵的几何尺寸和位置都会影响到射流泵的性能,进而影响整个系统的性能。
因此,对动力喷嘴的喉部、吸气室、恒定混合区域、扩散室等的改进和研究是十分有前景的课题。
射流泵的设计理论已初具规模,但是由于两相流的理论还不够完善,具体的实际运行工况与设计情况有所不同,工质的物性等参数对射流泵的尺寸计算又有着很大的影响,故射流泵的设计理论依然是处于半经验半理论状态。
国内外对进行射流泵的研究的学者有很多,然而在对射流泵的研究大多是在数值模拟的阶段,实验研究相对较少。
数值模拟的结果需要实验的验证,因而,在实验研究方面应该是许多学者需要加强的方面。
迄今为止,国内外曾有许多学者在高效射流泵设计方面做过大量细致的研究工作,目前国内外采用的多级喷射等新型结构,在提高传能效率方面取得了一定进展。
随着我国经济模式由粗犷型向集约型的转变,节能已经成为一个全民族的话题。
鉴于喷射式制冷系统的优点,在今后必定会得到较大的发展空间。
射流泵是喷射式制冷循环系统的关键部件,其喷射效率对整个系统的影响很大。
因此,喷射式制冷循环的研究重点仍将放在射流泵的进一步优化设计方面。
射流泵技术在渤海探井测试中的应用射流泵根据排液时动力液的循环方式的不同分为正排式和反排式两种。
正排式射流泵动力液由生产管柱进入,混合液从生产管柱与套管环空返出;反排式射流泵动力液从生产管柱与套管环空进入,混合液由生产管柱返出。
正反排液两种射流泵对比:①正排式射流泵能够根据需要随意调整动力液的地面泵压,因为目前的生产管柱的抗挤能力远远超过地面泵所能提供的压力。
但是反排式射流泵需要考虑到套管头的承压能力;②由于生产管柱内容积远远小于油套环空的容积,因此反排式较正排式更容易搞清地层液性;③反排式比正排式协砂能力强,并且对于出砂严重的地层正排式由于协砂能力弱,极易造成砂埋封隔器;④对于酸化排液反排式可以避免返出酸液腐蚀套管。
由于渤海地区使用的常规套管头安全工作压力在20MPa,所以地面泵提供的泵压受到限制。
目前渤海油田海上测试作业均采用正排式射流泵排液。
4射流泵工艺分析4.1射流泵优点与其它助排工艺相比,射流泵有其独特的优越性:①射流泵排液管柱结构简单、运行可靠,没有运动部件使得管柱安全性大大提高;②其主要部件集中在泵芯上,检泵简单易行,更换维修方便。
通过钢丝打捞泵芯后调整喷嘴大小、喉管长度、扩散管角度长度等参数就可以改变泵的工作状态;③与其它的排液工艺(螺杆泵、液氮气举)相比它强度大、速度快、负压持续平稳;④射流泵可以通过泵芯悬挂压力计,全程监控排液过程井下压力变化,如果发现排液不正常,只需通过钢丝作业打捞泵芯及压力计通过回放压力数据就可以判断井下状况,相比其它排液方式不需起下测试管柱,不仅节省测试时间,提高时效,而且能够避免在起下管柱的过程中对地层造成二次污染,能够较好的保护油藏,取得真实的地层资料;⑤射流泵相对其它举升工艺施工简单且费用低,有够有效的控制成本。
4.2存在问题如果测试的是水层,运用射流泵工艺,由于地面的得到的是动力液与地层产出液的混合体,短时间内不能对产出液性作出判断。