射汽抽气器结构设计计算

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1、http://www.paper.edu.cn射汽抽气器结构设计计算肖国俊华中科技大学能源与动力工程学院（430074）E-mail：utopai@126.com摘要：在对射汽抽气器的工作过程具体描述和分析基础上，建立了射汽抽气器结构设计的简化计算数学模型，并通过迭代计算的方法，获得射汽抽气器结构设计中所需要的一些重要尺寸参数，为射汽抽气器的结构设计提供一种便捷的计算方法。关键词：射汽抽气器；数学模型；设计计算符号说明基本符号：下标说明：*M——速度系数；m——质量流量，kg/s；c——抽气器出口；P——压力，kPa；w——质量流量比

2、；d——扩压管；T——温度，K；γ——绝热指数；e——被抽吸气体；2A——截面面积，m；η——效率；n——工作喷嘴；R——通用气体常数，kJ/kg·K。M——马赫数；p——工作喷嘴入口。1前言射汽抽气器一般在实际应用中起到密封设备抽真空、冷凝器内不凝结气体的抽除及低压气体的压缩升压的作用，现已广泛应用于能源电力、空调制冷及石油化工等领域。射汽抽气器在工作中运行状态的好坏，除了与运行条件和操作水平有关以外，射汽抽气器本身的设计水平也是一个重要的影响因素。因此依据射汽抽气器实际运行条件，有针对性的设计射汽抽气器的结构，会得到工作性能相对优

3、良的射汽抽气器。用传统的计算方法设计射汽抽气器的结构时，多数是采用试算的方法，因此需进行多次烦琐的计算和手工查阅相关图表才能得出最后计算结果，且结果也只能是近似值。若将传统的计算方法和现代计算机相结合，开发出计算程序，省去人工计算时查阅图表和大量烦琐的计算，则会使射汽抽气器的结构设计计算得到了大大简化，同时可提高计算结果的精确性。2工作过程的具体描述与分析射汽抽气器主要由工作喷嘴、混合室及扩压管三部分组成，其基本结构如图1所示。在结构上，工作喷嘴采用了缩放喷嘴的结构形式，这种结构可以在其出口获得超音速汽流。在混合室与扩压管之间还设有一

4、段等截面的喉管，其作用是使工作蒸汽和被抽吸气体充分混合，以减少突然压缩损失和余速动能的损失。-1-http://www.paper.edu.cn图1射汽抽气器内工质的压力、速度变化曲线为突出射汽抽气器工作过程中的主要特点，将抽气器内流动的工质当作理想气体处理，并假设工质在抽气器内的流动是一维稳态绝热流动。射汽抽气器内工质的压力、速度变化曲线如图1所示。在上述假设的前提下，射汽抽气器的整个工作过程可分为三个阶段，具体描述如下：⑴p点截面→2点截面为工作蒸汽在工作喷嘴内的膨胀增速阶段。较高压力的工作蒸汽在工作喷嘴入口处（p点）以低于声速的

5、汽流速度进入射汽抽气器的工作喷嘴。在工作喷嘴的渐缩段流动时，其压力不断减少，速度不断增加。在工作喷嘴的喉部（最小截面处，1点），汽流速度达到音速，即马赫数等于1。工作蒸汽在进入工作喷嘴的渐扩段后，压力进一步下降，汽流速度进一步增加，达到超音速状态，在工作喷嘴出口截面处，工作蒸汽的汽流速度可达900－1200m/s。⑵2点截面→3点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合阶段。工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处所形成的高速汽流会在工作喷嘴出口附近形成真空区域，这样压力相对较高的被抽吸气体就会在压力差的作用下，被吸入到混合室内。被抽吸气体在e点被吸入抽

6、气器，从e点流动到3点的过程中，速度不断增加，压力在e点→2点段不断下降到工作蒸汽在工作喷嘴出口截面处（2点）的压力。此后在混合室段和喉管前段（2→4）混合物的压力就一直保持恒定值，既有P2＝Ps＝P3＝P4。在混合室的前段（2→s），工作蒸汽与被抽吸气体开始混合。在高速工作蒸汽汽流的携带作用下，被抽吸气体的速度不断增加并达到超音速状态（在s点截面处达到音速）。而工作蒸汽因此速度不断下降，在混合室的后段（s→3）的某一截面处工作蒸汽与被抽吸气体的流动速度达到相同，之后保持恒定。在混合室的后段（s→3），工作蒸汽与被抽吸气体已经充分混合

7、，混合物的压力在其进入喉管-2-http://www.paper.edu.cn时已保持恒定。这里需要特别说明的是，s点截面的位置并不是固定的，它是随着抽气器运行条件的变化而变化的。⑶3点截面→c点截面为工作蒸汽与被抽吸气体的混合物的压缩升压阶段。混合物在喉管内流动的过程中，会在喉管内的某一截面（4点）产生激波的现象，激波会导致混合物压力的突升（从P4升高到P5）和汽流速度的突降（从超音速v4降到亚音速v5）。当混合物从喉管流入到扩压管内后，其部分动能转化为压能，从而使其流速进一步降低，压力进一步上升至需达到的压力值Pc。3计算数学模型

8、的建立3.1基本假设为研究问题方便,在建立射汽抽气器结构设计的简化计算数学模型前,做以下假设:⑴将射汽抽气器内流动的工质当作理想气体处理；⑵工质在射汽抽气器内的流动是一维稳态绝热流动，工作蒸汽在工作喷嘴内的流动是一个等熵