川崎前锋vs名古屋鲸:大氣噴射器的工作原理及真空發生機制

蒸汽流真空泵 滕紅華 華中科技大學土木工程與力學學院

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     大氣噴射器是以壓縮空氣作為工作介質,來抽吸和壓送氣體(被抽氣體稱為引射介質) ,以獲取真空的噴射器。壓縮空氣進入噴射器,從拉瓦爾噴嘴中噴射出超聲速氣流,由于氣體的粘性,高速氣流卷吸走吸入室內的氣體,從而在吸入室內形成大宫松鼠vs川崎前锋。大氣噴射器有如下特點:

         ①該噴射器無機械運動部件,工作不受潤滑、振動等條件限制。因此,其抽氣能力很大。

        ②結構簡單,工作穩定可靠,使用壽命長。只要該噴射器的結構、材質選擇適當,可以很好地抽出含有大量水蒸氣、粉塵、易燃、易爆及有腐蝕性的氣體。

        ③系統無油污染。

        ④工作壓力范圍較寬,可以根據需要產生不同壓力的真空。

        大氣噴射器作為真空發生裝置被廣泛用于環衛、醫藥、糧油食品加工、食品包裝等各個領域中,是一種基礎性單元組件。

1、大氣噴射器的工作原理及真空發生機制

1.1、大氣噴射器的結構及工作原理

          大氣噴射器的結構,見圖1。

大氣噴射器的結構圖

圖1  大氣噴射器的結構圖

1. 拉瓦爾噴嘴 2. 混和室 3. 擴壓器 4. 吸入室

A. 工作介質入口 B . 引射介質入口 C. 混和氣體出口

          其主要組成為拉瓦爾噴嘴、混和室、擴壓器和吸入室。拉瓦爾噴嘴和擴壓器這兩個部件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。壓縮空氣通過噴嘴將壓力能轉變成動能進行抽氣,而混合氣流通過擴壓器又將動能轉變成壓力能從而進行排氣。進、出口之間的壓力差,使空氣得以在管道中流動。

1.2、大氣噴射器的真空發生機制

         噴射器的工作過程很復雜,為了便于分析,作如下假設:

          ①壓縮空氣與被抽氣體均為理想氣體。

         ②壓縮空氣與被抽氣體在噴嘴出口到擴壓器喉部入口間為等壓混合。

         ③流體在擴壓器喉部發生正激波。

         ④壓縮氣體及被抽氣體在泵內的膨脹與壓縮為絕熱過程。

         壓縮空氣經過拉瓦爾噴嘴變成超音速氣流而噴射到擴壓器的混和室內。由于空氣流處于高速,而壓力降低,同時降溫,使吸入室內形成副壓區。此時,被抽氣體被吸進混和室。

圖2  壓力和速度變化圖

          噴射器內壓縮空氣和被抽氣體的壓力p 及速度v 的化情況如圖2 所示。壓縮空氣進入到拉瓦爾噴嘴喉部最小斷面處,其壓力達到臨界值pK, 此時空氣流速度達到音速vK。在拉瓦爾噴嘴的擴張段, 速度逐漸上升而壓力繼續下降。當達到噴嘴出口切面時,速度達到超音速,壓力為p′0 。壓縮空氣流出噴嘴后,繼續膨脹到p″0 ,這時壓縮空氣的壓力才與被抽氣體的壓力相等,即p″0 = p″1 。被抽氣體從p1 到p″1 的壓力差,使被抽氣體得到顯著的加速。

          壓縮空氣和被抽氣體兩股氣流在混和室內相互混和進行動量和能量交換,把壓縮空氣由壓力能轉變來的動能傳給被抽氣體,從而使壓縮空氣速度v0 逐漸降低,被抽氣體速度v1 逐漸增高,兩者速度逐步接近。最后,在擴壓器喉部某處兩者速度達到一致(v′3) , 并產生正激波。使得混合氣流速度下降,從激波前的超音速v′3 下降到激波后的亞音速v3 ,同時壓力上升到p3 。

         在某一給定的壓力下,亞音速混和氣流從擴壓器喉部流出的瞬時速度可能再次達到音速。然后, 混和氣流在擴壓器漸擴段速度下降,壓力增高,直到擴壓器的出口處,混和氣流壓力增至p4 ,速度降為v4 。