一种空间分布的环缝引射器装置

技术领域

本发明属于机械设计和流动控制技术领域，具体涉及一种空间分布的环缝引射器装置。

背景技术

流体是气体和液体的统称，大多数流体如石油、天然气、水和空气，都是人们生活、生产和科学研究不可或缺的物质，动物和植物的生存和发展也离不开种类繁多的流体。

在一般生活中，人们对流体的流动速度要求并不高，如空气、自来水、暖气和天然气等，只需要一定的流动速度和流量就可以满足要求了。但在生产和科学研究中，人们常常需要通过高速流体对低速流体进行引射，提高低速流体的质量流量。在石油和天然气的开采中，往往需要加装引射器装置对压力相对较低的油气田进行引射，以提高石油和天然气的产量；在发电厂中，燃料燃烧设备、蒸汽锅炉给水系统和汽轮机调节系统等均需要设计安装不同类型的引射器装置对低速流体进行引射；在飞行器进气道风洞试验中，低马赫数试验时，依靠自然流动，进气道流量往往达不到模拟要求，需要通过引射增大进气道流量；引射器在尖端武器如激光武器中也发挥了重要作用。

传统的环缝引射器装置采用单一环缝的结构形式，是应用最早、加工制造最简单的引射器装置，传统环缝引射器装置存在以下缺点：一是引射流体和被引射流体只有一个掺混面，能量和物质交换区域较小，远离环缝的地方，引射作用降低明显；二是引射流体和被引射流体掺混速度慢，所需的掺混段较长，且混合流体的均匀性较差，同时，对被引射流体上游流动的均匀性也有明显影响；三是引射器装置外形尺寸较大，安装空间要求高。

随着科技的不断进步，分布式设计思想在各个领域得到了广泛应用。采用按空间分布的环缝引射设计，能够显著增加引射流体和被引射流体的掺混度，有效提高引射器装置的引射效率，是分布式引射器装置发展的重要方向。当前，亟需发展一种空间分布的环缝引射器装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空间分布的环缝引射器装置，用于提升引射气体和被引射气体的掺混度，提高引射效率。

本发明的空间分布的环缝引射器装置，其特点是，所述的环缝引射器装置包括引射器壳体、集气室和若干个形状相同中心对称的环缝单元体三个部分；

引射器壳体由引射器前段前端外层壳体、引射气体入口段和引射器后段组成；集气室为引射器前段、引射气体入口段和引射器后段之间连通的腔体；环缝单元体位于引射器壳体的内腔，横跨引射器前段的后段、引射气体入口段和引射器后段的前段；引射气体入口段设置有高压气体入口；

环缝单元体为双层管体结构，环缝腔体由引射器前段后端和引射器后段前端组成；各环缝单元体的前端面共同组合成整流孔板，整流孔板上的一个孔对应一个环缝单元体的中心腔体，中心腔体为被引射气体通道；环缝腔体为引射气体通道，环缝腔体前端与集气室连通，集气室设置有高压气体入口，环缝腔体后段设置有喷管；

引射器后段依次包括掺混段和扩张段，掺混段为引射气体和被引射气体的掺混区域，扩张段有减速增压作用，扩张段对掺混段气体进行减速增压；

高压气体的压力范围为0.6MPa~0.8MPa；

被引射气体经被引射气体通道流入掺混段，同时，高压气体从高压气体入口进入集气室，经各环缝单元体的环缝腔体喷出形成引射气体，被引射气体和引射气体在掺混段内掺混后，流入扩张段。

进一步地，所述的高压气体压力足以使喷管产生超声速流动，高压气体压力大小由喷管型面及掺混段的压力确定。

进一步地，所述的喷管为全喷管、半喷管中的一种或者两种组合；全喷管截面形状相对于环缝腔体中线对称，内外两侧型面先收缩后再扩张，中间形成喉道；半喷管外侧的截面形状与全喷管外侧的截面形状相同，内侧为光滑壁面；喷管马赫数由扩张出口尺寸与喉道尺寸比值确定，比值越大，喷管马赫数越大。

进一步地，所述的引射器前段和引射气体入口段之间、引射气体入口段和引射器后段之间充入密封胶或者安装垫片，通过密封胶或垫片进行密封。

进一步地，所述的环缝单元体的尺寸、数量和间距根据引射器内腔尺寸以及被引射气体流量，通过计算机仿真模拟确定。

本发明的空间分布的环缝引射器装置的引射器在若干个环缝单元体出口对应形成若干个圆筒形的薄层高速气体（或称高能气体、引射气体），这些圆筒形的能量和物质（质量）交换区域，高效地实现了对低速气体（或称低能气体、被引射气体）的引射。与传统的环缝引射器装置相比，本发明的空间分布的环缝引射器装置，大大增加了引射气体与被引射气体之间的掺混度，显著提高了引射器装置的引射效率，大大降低了掺混段的长度，并有效减小了引射器装置对被引射气体上游流动的干扰。

本发明的空间分布的环缝引射器装置适用于包括气体和液体在内的流体引射控制。

本发明的空间分布的环缝引射器装置具有以下特点：

1.采用分布式设计思想，在引射器管体内腔，按空间分布的方法设置的若干个环缝单元体，产生了若干个圆筒形的薄层高速气体，形成了若干个圆筒形能量和物质（质量）交换区域，提高了引射气体和被引射气体的掺混度，提高了引射器装置的引射效率，降低了掺混的长度；

2.整流孔板形状的被引射气体入口减小了环缝引射器装置对被引射气体上游流动的干扰；

3.各环缝腔体的前端相互连通且与高压气体入口连通，形成了一个“天然”的大容量的集气室，能够为环缝单元体提供足够的引射用的高速气体；中心引射气体流动通道还有利于集气室和环缝腔体的压力快速达到平衡。

简而言之，本发明的空间分布的环缝引射器装置通过增加引射气体和被引射气体能量和物质交换区域，提升了引射气体和被引射气体之间的掺混度，提高了引射效率，降低了掺混段的长度，减小了引射器装置对被引射气体上游流动的干扰。

附图说明

图1为本发明的空间分布的环缝引射器装置的结构示意图；

图2为本发明的空间分布的环缝引射器装置的A剖面图示意图；

图3为本发明的空间分布的环缝引射器装置的B剖面图示意图。

图中，1.引射器前段；2.引射气体入口段；3.引射器后段；4.集气室；5.高压气体入口；6.环缝单元体；7.掺混段；8.扩张段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1~图3所示，本实施例的空间分布的环缝引射器装置，其特点是，所述的环缝引射器装置包括引射器壳体、集气室4和若干个形状相同中心对称的环缝单元体6三个部分；

引射器壳体由引射器前段1前端外层壳体、引射气体入口段2和引射器后段3组成；集气室4为引射器前段1、引射气体入口段2和引射器后段3之间连通的腔体；环缝单元体6位于引射器壳体的内腔，横跨引射器前段1的后段、引射气体入口段2和引射器后段3的前段；引射气体入口段2设置有高压气体入口5；

环缝单元体6为双层管体结构，环缝腔体由引射器前段1后端和引射器后段3前端组成；各环缝单元体6的前端面共同组合成整流孔板，整流孔板上的一个孔对应一个环缝单元体6的中心腔体，中心腔体为被引射气体通道；环缝腔体为引射气体通道，环缝腔体前端与集气室4连通，集气室4设置有高压气体入口5，环缝腔体后段设置有喷管；

引射器后段3依次包括掺混段7和扩张段8，掺混段7为引射气体和被引射气体的掺混区域，扩张段8具有减速增压作用，扩张段8对掺混段7气体进行减速增压；

高压气体的压力范围为0.6MPa~0.8MPa；

被引射气体经被引射气体通道流入掺混段7，同时，高压气体从高压气体入口5进入集气室4，经各环缝单元体6的环缝腔体喷出形成引射气体，被引射气体和引射气体在掺混段7内掺混后，流入扩张段8。

进一步地，所述的高压气体压力足以使喷管产生超声速流动，高压气体压力大小由喷管型面及掺混段7的压力确定。

进一步地，所述的喷管为全喷管、半喷管中的一种或者两种组合；全喷管截面形状相对于环缝腔体中线对称，内外两侧型面先收缩后再扩张，中间形成喉道；半喷管外侧的截面形状与全喷管外侧的截面形状相同，内侧为光滑壁面；喷管马赫数由扩张出口尺寸与喉道尺寸比值确定，比值越大，喷管马赫数越大。

进一步地，所述的引射器前段1和引射气体入口段2之间、引射气体入口段2和引射器后段3之间充入密封胶或者安装垫片，通过密封胶或垫片进行密封。

进一步地，所述的环缝单元体6的尺寸、数量和间距根据引射器内腔尺寸以及被引射气体流量，通过计算机仿真模拟确定。

本实施例的空间分布的环缝引射器装置具有19个环缝单元体6；喷管为马赫数3.0的半喷管。

本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。