水力喷射器的流动特性计算及其设计

水力喷射器的流动特性计算及其设计

流动特性计算超低位高真空水力喷射器水力喷射器是具有抽真空、冷凝、排水为一体的重要有效能转换的装置，是真空浓缩系统中重要的设备。它是利用一定压力的水流通过对称均布成一定倾斜度的喷嘴喷出，聚合在混合室喉部的焦点上，由于喷射水流速度很高，于是在其周围形成负压，使喷射器内产生真空并抽吸空气与二次蒸汽。由于二次蒸汽与喷射水流直接接触，进行热交换，绝大部分的蒸汽凝结成水，极少量未被冷凝的蒸汽与不凝结的气体与高速喷射的水流互相摩擦、混合与挤压，通过扩散管被排除，使喷射器内形成更高的真空。多喷嘴水力聚焦喉部的集束度是其抵抗外压与封水能力，进而保证较高负压的关键。目前喷射器厂家的产品性能和实际应用，均要求该设备安装高度4、5米以上，且排水尾管长3米以上，如果直连上冷却塔装置，安装高度达7、5 米以上，这对单层建筑使用极为不便，独立安装则需搭建较高铁架，安装及维修均很不利。就其原因是喷射器的多喷嘴水力抵抗外大气压的能力较低，必须借助安装的高位差，使下水管产生一定的抽水效应，帮助喷射器能在较高的真空状态（－0、085MPa～－0、092MPa）下正常工作，否则将会倒进水而使真空破坏。以下就喷射器的普遍水力特性进行计算，并提出能安装高度1、5米左右，若不用循环水泵，直连冷却塔装置而安装高度只需不到4 米的解决方案。1 喷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径确定后，多喷嘴打出的水通过喉部的顺畅程度，即通过流量Q所需要的最小喉管直径d。喉径过小则下水能力不足，过大则喷射器水力抵抗外大气压的能力大为下降。喷射器射流集束度即聚焦好坏与喉径密切相关，对一台制成的喷射器，其抵抗外压的能力是确定的。1、1 喷射器下水过程高速喷射的水流形成的负压会抽吸周围大量的空气，从而使射流夹带空气冲向集水混合室的“喇叭”入口端，形成大量的白水泡泡和剧烈的水流旋滚区，这是水力机械能损失最大的地方，如果水流不能及时下行，旋滚区高度h会上升，此时能量损失更大。旋滚区水流借助重力和喷射水压挤向集水混合室的喉部，再从扩散管排出。喷射水流股由于水力特性，都会有一个圆心张角，即使设计加工时喷嘴的水力焦点完全重合，也会因此形成喷射束环D0比设计时大不少，D0值与喷嘴内部加工精度和流线性能密切相关、图（1－1）喷射器水力特性分析示意图1、2 喷射器水力损失能喷射器水流在高速射向喉部混合室时，由于吸入大量空气形成一定高度h的剧烈旋滚区，这是水力能损失最大的地方。该旋滚区水流特性类似于管道流动突然扩大时的旋滚区，借助这种水力相似原则确定喷射器水力损失能可表示如下：

式中，d 喷射束环直径；v 单位时间扩散过气膜的蒸汽摩尔数（mol/s） Kp,T —以压差（MPa）为动力的传质系数，p为气相主体的压强，p*为一定温度下液相平衡分气压，可查表。在一定传质条件下，该传质系数为常数。A －气液接触的液相总吸

收面积（m2）、对喷射水柱的液相吸收面积A0，由于喷射水的圆心张角的影响，可近似认为其是喷射水圆台柱的侧面积的倍，即（m2）式中，面积系数1、5～2、0，r0－喷嘴半径（m)；Lh－喷射水柱长（m）； =0、3～0、5，tan0、0052～0、0087,对N个喷嘴形成水流柱的吸收面积可计算如下：喷嘴流速，流速系数=0、96，有Ap= ,得（m）于是，液相总吸收面积（3-3）(m2)最后，喷射水可吸收的最大蒸汽量为：= （mol/s）（3-4）公式（3-4）的意义是在喷射器工作条件确定情况下，由已知的蒸发量求取传质系数Kp,T,进而在其它喷射器设计时根据情况，确定喷射器水柱长度Lh,即喷射器的高度尺寸。如对一个确定的喷射器和工作条件，蒸发量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℃水饱和蒸汽压）=0、0045MPa,可求得传质系数Kp,T=8、32103(mol/m2MPas)4 喷射器两个真空现象的解释4、1 进料好后开蒸汽时真空下降，过后迅速提升的现象进完料后真空通常达到-0、08MPa以上，但开蒸汽时真空会较快下降达-0、06MPa左右，此后会慢慢回升，待浓缩器内料液即将沸腾时迅速提升。这种现象是喷射器射流吸收气体的性质决定，当开蒸汽时，逐渐产生的蒸气驱赶浓缩器内的空气等不凝性气体，此时喷射器内的真空度仍然很高，但空气等不凝性气体难被喷射水流吸收、夹带，这时气体扩散为液膜控制，以致浓

缩器内真空较快下降；待被赶挤至喷射器内的空气等慢慢被喷射水流夹带、挤压至喉管并几乎完全排出后，接着的水蒸气迅速被喷射水吸收，此时浓缩器内的真空就被迅速提升。4、2 料液沸腾时真空度更高而不会破坏并进水的现象浓缩器内料液沸腾蒸发时形成的水蒸气以高速u在导汽盘的导向下飞向喷射水流，并凝结成一定的水流量q，该水流具有的动量与喷射水流的动量共同作用，按喷射器抵抗外压的方程(2-3),相当于多一股水流动量作用，所以喷射器内能具有更高的真空度，喉管打出的水更有力，抵抗外压的能力也更强。