射流泵的研究及其应用

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。

射流泵通过高速射流提升低速被吸液体的能量，从而增加整体压能，将与其他工作泵组合使用，可提高整个装置的吸程，改善汽蚀性能。

正是由于这一系列优点，射流泵在农牧渔业、水利电力、交通运输和环境保护等国民经济各部门都有广泛的应用。

射流泵基本结构如图1所示：主要有三部分组成：喷嘴、喉管和扩散管。

其工作原理是将工作流体通过喷嘴高速喷出，同时静压能部分转换为动能。

管内形成真空，低压液体被吸人管内。

两股液体在喉管中进行混合和能量交换，工作液体速度减小，被吸液体速度增大，压力逐渐增加，在喉管出口处速度趋于一致。

混合液体通过扩散管时，随着流道的增大，速度逐渐降低，动能转化为压力能，混合液体压力随之升高。

由于射流泵独特的结构与特点，可以预见今后它的开发、生产和应用将有很大的发展，因此为了取得更好的综合经济效益，必须进一步深化对其各方面性能的研究。

1、研究进展1.1设计理论研究射流泵设计理论研究已有100多年的历史。

早在19世纪60年代，德国学者Zeuner根据动量定理，建立了射流泵的设计理论基础。

1870年，Zeuner和Rakine 进一步发展和完善了这个理论。

但他们的理论还不能解决射流泵的计算问题，直到1930年以后随着流体力学和空气动力学的发展，才推动了射流泵设计理论的发展成熟。

Gosline在1933年系统地对液体射流泵进行了试验研究，建立了它的基本性能方程。

1942年，Coff提出了用二元方法计算射器。

1952年，Maconaghy 提出射流泵性能的计算方法。

Bonnigton通过对水和水气射流泵进行详细试验后，在1956年提出了射流泵各部件的合理尺寸。

1965年，Hansen提出液体射流泵的设计方法。

我国著名学者陆宏圻教授在1989年比较全面给出了各种射流泵的设计理论和设计方法，为以后的研究工作奠定了坚实的基础。

近几年来，随着射流泵应用的深入，针对各种特殊的射流泵，人们提出了相应的新的设计理论。

江苏大学李传君旧等通过对废气射流装置工作原理的分析，提出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，其研究结果显示试验值和理论值基本吻合，从而为合理设计该类型的射流装置提供了很好的依据。

近几年来，随着射流泵应用的深入，针对各种特殊的射流泵，人们提出了相应的新的设计理论。

江苏大学李传君[1]等通过对废气射流装置工作原理的分析，提出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，其研究结果显示试验值和理论值基本吻合，从而为合理设计该类型的射流装置提供了很好的依据。

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，通过流体的流动及混合特性计算出}昆凝土射流泵装置的性能，形成了一套新的设计方法。

射流泵的效率是其设计理论中的核心问题，由于射流泵中两股流体混合时能量损失较大，导致其效率较低，所以如何选择最优的设计参数来提高射流泵的效率，一直以来是人们研究的重点。

总的来说，对于非恒定射流(特别是脉冲射流)的各方面研究仍未深入，基本上还停留在原型试验阶段。

虽然通过大量的试验结果证明了脉冲射流的传能效率确实比恒定射流要高，但其设计理论以流动机理需要进一步探讨。

1.2内部流动研究射流泵内部流体流动属于高雷诺数的强剪切湍流射流，其射流速度较大，当雷诺数超过某一临界值时，切向间断面不稳定并出现涡漩，这些涡漩在流动中各处作不规则的运动，由此发生微团间的动量交换、热量交换或质量交换。

由于湍射流流至具有一定的速度和压力的流场内，使整个流动不具有相似的性质，使问题复杂化；所以长期以来人们对于射流泵内部流动机理认识不充分。

近几年来，随着试验测试手段的发展和CFD软件的出现，使人们可以通过试验和数值模拟两种手段研究射流泵内的流场，从而揭示其内部流动规律。

在试验研究方面，最常用的测试手段有速度与压力探针、热线风速仪和激光测速仪，但这几种方法的共同缺点是：只能完成流场的单点测量。

而对于复杂的湍流射流结构，全流场同时的测量结果更有意义。

有鉴于此，武汉大学的梁爱国等[2]纠利用先进的PIV技术，测量显示了射流泵内部各个瞬时全流场的流动情况，并分析了喉管部的流场，其结论表明：射流泵内流动结构大致可分为核流区、射流边界层区、回流区和管流区。

在射流泵结构一定情况下(即喷嘴与喉管的面积比一定)，流动的结构只与流量比有关，当流量比大时，射流衰减很慢，核流区较长；当流量比小时，射流衰减很快，核流区较短，并有回流出现，引起效率降低。

所以应选择合适的流量比能使射流泵在高效区运行。

顾磊、张景松¨叫等利用了液体射流泵在汽蚀工况下流量比不变的特征，通过实验研究了射流泵的形状及工作参数对其汽蚀流量比和装置效率的影响，对单级和双级射流泵的工作性能进行了对比试验，通过分析找到了合适的射流泵配比方案。

段新胜和孙孝庆¨叫在1999年通过大量对比性试验，对环形多喷嘴射流泵做了深入研究，得出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；其喉管进口角不应超过45。

；喉管长度与直径的比值L／d，可比中心射流泵小，L／d，>13．5即可；喷嘴个数并不是越多越好，一般n≤6；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不能太小。

数值模拟是近年来广泛采用的一种新型研究手段，它通过计算机数值计算与图象显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统作出各种分析，从而得到极其复杂问题的流场内各个位置的基本物理量(如速度、压力、温度等)的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，正确的模拟结果能指导流体机械的设计，从而避免了烦琐的模型试验，减少了设计成本，为试验研究提供良好的理论基础。

目前应用最多的是借助FLUENT这一软件平台，采用N—S方程配合可实现的k一占湍流模型来对射流泵内的流场进行三维数值模拟。

武汉大学的常洪军和朱熠副利用此方法计算得出了射流泵三维流场的速度和压力分布情况。

浙江大学王常斌等_引通过数值模拟，得出结论：流场轴向速度剖面在扩散管段具有较好的自相似性，而在喉管段则不然；这种速度剖面变化的转折点与喉管的长度有关；流场的湍动能分别在喷嘴出口与扩散管人口处产生峰值，并且前者远大于后者，可见射流泵流场中，湍流主要发生在喉管人口处，湍动能的不平衡将导致额外的能量损失。

另一方面，随着各类学科交叉的深入，我国学者李同卓等唧。

提出采用概率论中的蒙特卡罗法对射流泵内部流场进行了数值模拟，从速度矢量图和轴心线速度图以及几个断面的速度分布来看，模拟的结果符合工程实际情况，这一方法为今后数值模拟方面的研究开辟了新的道路。

2、射流泵原理及特点2.1射流泵的工作原理射流泵整机由泵工作筒、沉没泵和底阀组成。

沉没泵的关键零件由喷嘴、喉管、吸入室、混合室和扩散管等组成，无井下运动件。

其工作原理是高压动力液经并El沿下井油管下行进入井底水力射流泵，当动力液通过水力射流泵喷嘴时，由于喷嘴的节流作用，动力液由压力头转换为速度头，压力急剧下降，在喷嘴周围形成低压区，地层液在地层能鼙的作用下．经尾管进入泵内，流向低压区，和喷嘴出口的高速射流混合后进入喉管逐渐减速增压，即在喉管处混合液由速度头转换为压力头，其压力值将混合渡沿套管环空举升到地面。

作业流程如下图1。

注意要点：(1)动力液必须干净，无杂物；(2)井口流程高压部分试压20 MPa(根据现场确定)、低压部分0．5 MPa不渗不漏，并将顶丝、卡箍、法兰螺栓上全上紧；(3)封隔器下井前必须详细检查，确保坐封灵活、密封可靠；(4)T作筒以上至井口所有钻杆及短接(用专用通径规逐件逐根通过)必须畅通完好，钻杆内不得有锈皮、垢蚀及其它杂质；(5)封隔器坐封位置应避开套管接箍，并应适当控制座封吨位。

2.2射流泵特点1)泵结构简单，外廓尺寸小。

无运动件，免修期长。

2)可制成小直径、大排量自由安装式泵，降低作业成本。

3)射流泵喷嘴入口处所需的工作液压力，由地面象和油管柱液体的液柱提供。

4)油套环行空间内液体中自由气体所产生的气举效应，和降低射流泵所需的排出压力。

5)射流泵和一般往复抽油泵相比，对自由气体含量、机械杂质含量和粘度变化敏感性小。

3、射流泵应用范围1)水力射流泵是通过流体压能与动能之间的能量直接转换来传递能量的，它可将泵挂深度下至油层顶部附近，对于中、低产能、低液面深井有较强的适应能力。