带拉瓦尔管的高压气体引射喷水泵特性实验研究

论文摘要

喷射技术包括射流泵、喷射泵及喷头等组成流程系统方面的技术。该技术广泛应用于动力、机械、农业、水利、航空及航天等国民经济各行业。喷射技术的理论涉及液、气、固等多相流体的传能及传质过程。它与多门学科交叉,是一门覆盖面广、应用范围很广的技术。拉瓦尔喷管是火箭发动机和航空发动机的常用部件,但很少见到将拉瓦尔管用于喷射泵或将喷射泵用于舰船或水下航行体的报导。所以对带拉瓦尔管并应用发动机排出的高压废气引射喷水泵的特性研究非常必要。拉瓦尔喷管的本质是“流速增大器”。高压气体引射喷水泵中采用拉瓦尔喷管,使高压气体高速喷出的同时,抽吸液体并与之混合形成二相流,高压气体引射喷水泵采用拉瓦管的目的有两个:一是把气体的压力能和动能转换成二相流的动能,高速排出航行体外时增加额外的反推力;二是降低排气噪音。本文首先综述了喷射技术、喷射泵的种类及其在国内外的发展现状,介绍了与研究内容相关的工程流体力学中的一些基本理论,内容涉及到一维流体的质量守恒、能量守恒、动量守恒和伯努利方程;其次,介绍了气体流速和气体压强变化与管道截面之间的关系,运用工程流体力学和工程热力学的有关知识推导了带拉瓦尔管的高压气体引射喷水泵的基本控制方程;再次,建立了高压气体引射喷水泵的实验平台,设计制作了不同形状、不同喉管直径的拉瓦尔管,对高压气体引射喷水泵的特性进行了实验研究。实验中采用高压氮气作为喷射泵的工作气体,水作为被抽吸和喷射的流体。通过实验研究,获得了高压气体的压强、流量和被吸流体的流量间的相关实验数据,对二相流的动量进行了计算分析。在分析实验数据基础上,研究了高压气体的膨胀功率和二相流质量流量之间的关系,对比了采用不同拉瓦尔管时的工作性能。实验研究表明,高压气体引射喷水泵的喷射能力和工作气体的压强、流速及喷射泵的进水孔面积有关。当喷射泵采用的拉瓦尔喷管的喉管直径越大,其喷射能力和抽吸能力越强。最后讨论了实验研究中存在的一些问题,指出进一步深入研究要注意的事项及应采取的措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 喷射技术及射流泵分类
• 1.3.2 射流泵的理论研究进展
• 1.3.3 射流泵的结构设计进展
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 喷射技术理论基础
• 2.1 喷射技术理论
• 2.1.1 质量守恒
• 2.1.2 能量方程
• 2.1.3 伯努利方程
• 2.1.4 动量守恒
• 2.2 变截面管流
• 2.3 拉瓦尔管简述
• 2.4 喷射泵控制方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验方案与设计计算
• 3.1 实验方案的确定
• 3.2 拉瓦尔管的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 拉瓦尔管特性实验研究
• 4.1 实验过程简述
• 4.2 喉管直径对拉瓦尔管特性影响研究
• 1)4mm 喉管直径的拉瓦尔管数据分析
• 2)6mm 喉管直径的拉瓦尔管数据分析
• 3)8mm 喉管直径的拉瓦尔管数据分析
• 4.3 影响拉瓦尔管特性的因素分析
• 4.3.1 传质率
• 4.3.2 P-Qm2 曲线比较
• 4.3.3 实际工况分析
• 4.4 实验研究总结
• 4.4.1 数据分析总结
• 4.4.2 实验研究过程中发现的问题
• 4.5 实验平台改进建议
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢