等压混合引射器设计与实验研究

 采用1维处理方法，建立了便于设计人员使用的等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法，并详细分析了等压混合引射器各主要参数对性能的影响。该分析方法基于气体焓的变化，因此可应用于各种引射气体与被引射气体。为了控制尺寸，还首次将多喷嘴引射方式与等压混合结合起来。实验结果验证了等压混合引射器性能计算分析与工程设计方法的可靠性以及多喷嘴引射方式应用于等压混合引射器的可行性。     

单级超声气体引射器

对中心引射式单级超声气体引射器的主要结构参数,进行调节,即可获得较佳的引射性能;在本实验所采用的各种喷管中,当=1.3-2.17,=3-5时,高真空度的引射性能较好,改变一、二次气流温度,n θ~(1/2)基本保持为常数,并联引射器可以保持单个引射器的性能。     

等截面超-超引射器流场结构及引射性能

为考察超声速引射器直接引射超声速二次流时的性能,采用纹影技术和压力测量手段对一等截面超-超引射器的流场结构及其引射性能进行了实验研究。研究结果表明:一、二次流交汇后在混合室前段形成了复杂的超声速流场结构。根据二次流在混合室入口流动状态的不同,可将超-超引射划分为非饱和超-超引射和饱和超-超引射两种工作状态;二次流在混合室入口处产生的激波提高了引射器的压力匹配性能;在给定的引射系数下,引射器的增压性能随二次流马赫数的增大而降低,而引射马赫数对引射器压力恢复性能的影响不大。     

液-气引射制冷系统实验研究

本文提出了一种以蒸发冷却为原理的液-气引射制冷系统。高密度流体如有机溶液以及无毒的室温液态金属可作为系统的驱动流体,引射真空实验结果显示液态金属引射器表现出卓越的真空性能;当引射器的引射性能显著提高后,对系统继续开展引射制冷实验研究,分析讨论了三组制冷实验结果,其中采用异戊烷作制冷剂时,制冷效果最好,系统的制冷量和COP分别可达到35 W和0.60。     

两段式喷嘴引射器制冷循环系统性能的实验研究

使用两段式喷嘴的引射器可以将喷嘴中较大的制冷剂液滴破碎,从而有效提高两相流引射器及制冷系统的效率。以R134a为工质,对采用两段式喷嘴引射器的两相流引射制冷系统进行了实验研究,重点分析了固定工况下喷嘴的几何尺寸对引射比及系统性能的影响。结果表明,随着引射器喷嘴第一喉部面积的增加,其引射比逐渐增大,系统COP整体上呈上升趋势;随着引射器喷嘴第二喉部面积的增加,引射比也逐渐增大,而系统COP先升高后降低,在第二喉部面积为2.83mm2时达到最大值;较小的第一段喷嘴扩张角可显著提高引射器的引射比。     

引射器用作化学氧碘激光器压力恢复系统的探讨

探讨了引射器在化学氧碘激光器（ＣＯＩＬ）压力恢复系统中的使用问题。为减小引射器的规模而达到较高的扩压比Ｐｒｅｃ／Ｐ′，引射工质应采用分子量和比热比小的气体。提高引射气体的温度及马赫数，也可增加扩压比     

引射器结构参数对R134a制冷系统性能的影响北大核心

两相流引射器回收部分压力能,提高压缩机进气压力,从而减小压缩机的耗功、提高系统的性能。对R134a两相流引射制冷系统进行了实验研究,探讨引射器的结构参数对引射器和整个系统的性能的影响情况。实验结果表明,在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,当喷嘴距为0mm时,引射器的引射比和压力提升比均最大,此时系统耗功最小,制冷量最大,系统的性能最优。在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,引射器的扩张角为8°时,引射器的性能最佳,整个系统的性能最好。     

两段式喷嘴对CO_2两相流引射制冷系统性能的影响

文章对采用两段式喷嘴的引射器及其两相流引射制冷系统在不同工况、不同几何尺寸条件下进行了实验研究。实验结果表明,在实验工况固定的条件下,采用两段式喷嘴的CO_2两相流引射制冷系统的COP随引射器第一喉部直径的增大而增大,引射比随第一喉部直径的增大而减小;系统COP和引射比随引射器中间连接直径的增大而减小。对于固定几何尺寸的引射器,系统COP随气冷器出口压力的升高而增大,引射比随气冷器出口压力的升高先减小后增大,在9MPa时引射比最小。与传统的CO_2制冷系统相比,采用两段式喷嘴的CO2两相流引射制冷系统的COP在不同工况的条件下均高于传统系统的COP,最大可提高约15%。     

引射器结构参数对R134a制冷系统性能的影响

两相流引射器回收部分压力能,提高压缩机进气压力,从而减小压缩机的耗功、提高系统的性能。对R134a两相流引射制冷系统进行了实验研究,探讨引射器的结构参数对引射器和整个系统的性能的影响情况。实验结果表明,在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,当喷嘴距为0mm时,引射器的引射比和压力提升比均最大,此时系统耗功最小,制冷量最大,系统的性能最优。在蒸发温度/冷凝温度为-10℃/40℃,引射器的扩张角为8°时,引射器的性能最佳,整个系统的性能最好。     

改进的CO_2两相流引射制冷系统性能实验研究

为了进一步优化系统,提升引射比,重新设计并制造了汽液分离器,将其增设于系统引射器之前,测试了不同工况下引射器及系统的性能,并将实验结果与传统系统进行了比较。实验证实,系统增设初级汽液分离器后可使引射效果得到提升,使主引射流以近乎单相流的状态进入引射器,从而使引射比增大,使制冷量和COP得到提高。当系统在只改变蒸发温度的工况下正常运行时,引射比可得到约22.4%～66.4%的提高,在蒸发温度为-2℃～3℃范围内,COP提高了约2%～26.9%;当系统在只改变气冷器出口温度的工况下正常运行时,系统COP可提高约1%～19%,在气冷器出口压力约为8.75 MPa时,系统性能达到最佳且引射比最大。     

压力振荡管引射性能实验研究

气波引射技术利用激波和膨胀波在压力振荡管内的运动来实现压力能传递,从而实现低压气体增压的目的。本文首先介绍了该技术工作原理和装置结构,然后建立了气波引射技术实验平台,测试了几个关键结构参数对其引射性能的影响。实验结果表明:随着高压喷嘴宽度,偏转距离和固壁长度的增加,设备的效率和抽射率均呈先上升后下降的趋势;实验结果验证了理想波图的正确性,其可用于指导设备设计。     

双节流跨临界CO_2两相流引射制冷系统的实验研究

文中介绍在跨临界CO_2制冷系统中采用的双节流装置,第一膨胀阀用来控制高压侧压力,第二膨胀阀用两相流引射器代替,以回收系统膨胀功。对双节流装置引射制冷系统的性能进行了实验研究,分析了两段式喷嘴几何尺寸和工况变化对引射器性能和系统COP的影响。实验结果表明,在固定工况下,随着第一喷嘴扩张角的增加,引射比和压缩机耗功先增大后减小,而系统制冷量和系统COP呈相反的趋势;随着第一喉部当量直径的增加,引射比和系统COP都先增大后减小。在固定几何尺寸下,蒸发温度为-1℃和-3℃时,系统COP和引射比分别取得最大值;随着气冷器出口压力的升高,引射比逐渐增加,而系统COP逐渐减小。     

超声速转子叶片非定常引射器流场特性数值模拟

采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对超声速转子叶片非定常引射器进行了模拟。从结果可以看出:此类引射器内流态复杂,主气流出口斜激波干扰现象明显,叶片设计参数对引射器性能影响很大。叶片尾部的膨胀波有效诱导了被引射气流,在短距离内增强了气流混合,湍流效应对引射器性能的影响较小;叶片可维持自旋转,提升叶片转速可增强引射效率。最后,对引射器内的流动机理进行了探讨。     

可调式引射器对两相流引射制冷循环系统性的影响

在两相流引射制冷循环中,采用引射器来代替膨胀阀,回收节流过程中的膨胀功。采用可调式喷嘴引射器,通过调节喷针的位置调节引射器喷嘴出口的流通截面积来改变工作流体的流量。对以R134a为工质的两相流引射制冷循环系统进行实验研究并对引射器内部的流动进行数值模拟,分析喷嘴喉部截面积和扩张角对R134a两相流引射制冷系统性能的影响。模拟结果和实验结果均表明:在定工况条件下,引射器的引射比随喷嘴喉部截面积的增大而升高,而随喷嘴扩张角的增大先升高后减小,在喷嘴扩张角为3°时取得最大值。系统的COP随喷嘴喉部截面积的增大先升高后减小,在喷嘴喉部截面积为2.84mm2时,系统COP取得最大值。     

工况对两相流引射制冷系统性能的影响

以R134a为工质,在不同工况条件下采用两段式喷嘴引射器对两相流引射制冷系统进行了实验研究,分析了冷凝温度和蒸发温度对R134a两相流引射制冷系统性能COP和引射比的影响,并与传统制冷循环系统进行了比较。实验结果表明:对于一定几何尺寸的引射器,系统COP随冷凝温度的升高而降低,随蒸发温度的升高而增大,在冷凝温度为40℃时,蒸发温度为1℃时,使用两段式喷嘴引射器时系统的COP要比传统蒸汽压缩循环的COP高22.7%,两相流引射制冷循环系统在较低的冷凝温度下更具有优势。     

变截面超-超引射器启动特性数值研究

为研究不同结构参数与来流参数下变截面超-超引射器的启动特性,用于指导超-超引射器设计与工况调试,采用二维雷诺平均Naiver-Stokes方程,数值研究了引射器混合室不同收缩比、一次流和二次流的不同总压比、总温比下超-超引射器的启动规律,并定义了“启动系数”来判别超-超引射流场是否建立。研究结果表明:随着收缩比（范围0.7～0.9）的增加,超-超引射器启动的临界总压比、总温比均先降低后升高,收缩比0.8时,存在最佳总压比5.88,最佳总温比0.21。结构参数一定,超-超引射器随总温比升高启动难度增加。当超-超引射器处于启动状态下,室压不随总温比、总压比变化而变化,引入的启动系数较引射系数可不依赖具体工况而直接判别超-超引射器是否启动。     

超-超引射器多目标优化设计

推导出了超-超引射器性能计算和优化设计模型,借助Pareto优胜、Pareto最优解和Pareto前端等概念,采用基于多目标进化/分解算法（MOEA/D）的多目标优化方法,计算得到超-超引射器多目标优化问题的Pareto前端,解决了超-超引射器多目标优化设计问题,并与常规参数分析方法进行了比较。结果表明:超-超引射器性能影响参数相互关系复杂,增压比和引射系数作为引射器主要性能参数相互冲突,通过常规分析难以得到较清晰的设计准则,利用多目标优化设计方法可有效地辅助多属性决策和系统优化设计。     

二维超-超引射器混合室流场特性

搭建了二维超-超引射器实验系统,进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验,获得了引射器混合室内流场纹影图,结果表明:超声速引射器临界启动状态下,混合室内存在反压引起的激波系;引射器完全启动状态下,主激波系可始于混合室后段,无需被完全吞入二次喉道内;二次流对引射器启动有助推效果,可使混合室内激波系后移;一次流对二次流有压缩作用,且一次流工作压力越高,压缩作用越强;一次流、二次流之间会形成明显的混合层,当一次流、二次流静压不匹配时,一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波,其在固壁与混合层之间反射、交叉,并向下游延伸,会降低一次流引射性能。     

汽液分离器对两相流引射器制冷系统性能的影响

针对汽液分离效果差的问题,重新设计了应用于两相流引射器制冷系统的汽液分离器,将使用新汽液分离器的两相流引射器制冷系统的性能与原系统进行了比较,分析了汽液分离器对引射器性能及制冷系统性能的影响。实验结果表明:重新设计的汽液分离器分离效果大大改善,对于不同的实验工况条件,采用新设计的汽液分离器的两相流引射制冷系统,主蒸发器制冷量由占总制冷量的21.1%~27.8%,提升到82.2%~87.3%,主蒸发器起到了主要作用;在引射器结构参数相同的条件下,引射器的引射比由0.2~0.46提升到0.56~0.64;采用新设计的汽液分离器系统制冷量和COP均与原系统基本相同。     

带二次流的多喷管超声速引射器性能实验研究

 为研究多喷管超声速引射器在有二次流情况下的性能，采用模拟器产生给定总温和总压的模拟二次流，在多喷管超声速引射器实验台上进行了一系列实验。重点考察了多喷管引射器的性能以及一次流总压和喷管安装构型对其性能的影响。实验结果表明：多喷管超声速引射器可保证二次流在设计工况下正常工作；二次流的加入大大减小了一次流的总压损失；较低的一次流总压具有更好的压力匹配性能，但引射增压能力也有所降低；合理的喷管安装构型可同时提高引射增压能力和压力匹配能力。提出了将二次流作为“助推器”，以帮助多喷管引射器在较低工况下实现启动的方案，在不增加系统复杂度的前提下提高了引射器的压力匹配能力。