流體力學(xué)在引射器中的應(yīng)用

摘 要：流體力學(xué)是研究流體機(jī)械的基礎(chǔ)性學(xué)科，流體機(jī)械中的引射器被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的生產(chǎn)生活中。本文介紹了引射器的基本原理及其應(yīng)用，分析了引射器中的基礎(chǔ)性的流體力學(xué)知識(shí)，包括連續(xù)性方程和伯努利方程等。

關(guān)鍵詞：引射器；原理；流體力學(xué)

一、流體力學(xué)介紹

流體力學(xué)是力學(xué)中的一個(gè)分支，它主要研究流體靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、和動(dòng)力學(xué)中流體的相互作用及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。流體力學(xué)在人們長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地成熟，自歐拉方程和拉格朗日方程建立以后，流體力學(xué)作為力學(xué)的一個(gè)分支正式建立。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展需要，流體力學(xué)逐步發(fā)展出其它分支，如電磁流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、兩相（氣液或氣固）流等等，在化學(xué)工程、石油工程、水利工程海洋工程、航空航天、化境大氣工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，流體力學(xué)是研究流體的最基礎(chǔ)性學(xué)科。

二、引射器的基本原理及應(yīng)用

引射器被廣泛應(yīng)用流體機(jī)械和化工生產(chǎn)及生活當(dāng)中。引射器是利用射流的紊動(dòng)擴(kuò)散作用，使得兩股不同壓力的流體相互混合，并引發(fā)能量交換的流體機(jī)械和混合反應(yīng)設(shè)備[ 1 ]。引射器的主要結(jié)構(gòu)包括工作噴嘴、吸收室、混合室及擴(kuò)壓室等（如圖1）。引射器工作時(shí)有兩種流體經(jīng)過引射器，一種是從工作噴嘴噴出的工作流體，另一種是進(jìn)入吸收室的被引射流體，工作流體以高速?gòu)膰娮靽姵龅轿帐遥瑒?dòng)能增加，壓力勢(shì)能降低，并且低于被引射流體壓力，從而將被引射流體吸入，兩種氣體在混合室發(fā)生能量交換，動(dòng)量交換，質(zhì)量交換后，進(jìn)入擴(kuò)壓室，隨著速度的減慢壓力逐漸升高，最終混合氣體高壓流出擴(kuò)壓室。

引射器是一種提高流體壓力而不直接消耗機(jī)械能的設(shè)備[ 2 ]，對(duì)能量來說，實(shí)現(xiàn)了數(shù)量和質(zhì)量上充分、合理使用[ 3 ]，節(jié)能環(huán)保。在發(fā)電、廢氣預(yù)熱供暖裝置、制冷、工業(yè)熱工、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，制造成本較低，沒有運(yùn)動(dòng)部件，工作平穩(wěn)，易于維修，使用壽命長(zhǎng)，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。尤其是在高溫高壓，有毒，易燃易爆，放射性物質(zhì)等的條件下更顯其優(yōu)越性。但其傳能效率較低，工作時(shí)的能量損失較大。

三、引射器中的流體力學(xué)

引射器中存在許多基礎(chǔ)的流體力學(xué)知識(shí)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）連續(xù)性方程

如圖2所示，流體在噴嘴的喉管位置及噴嘴出口位置，在吸收室以及混合室的有效斷面是不斷變化的，以擴(kuò)壓室為例。

在1-1截面處與2-2截面處的速度分別為u1和u2，1-1截面處與2-2截面處的面積為A1和A2，則由連續(xù)性方程得：

因?yàn)锳1u2。

由此可見，在擴(kuò)壓室，流體的速度不斷減小，在吸收室室，流體的速度不斷增大。

（二）伯努利方程

引射器符合能量守恒定律，伯努利方程的本質(zhì)是能量守恒。假設(shè)流體為穩(wěn)定不可壓縮流體，作用于流體上的質(zhì)量力只有重力，所取斷面為緩變流動(dòng)，則：

h1-2為兩截面間單位重量流體的能量損失。

如圖2，由（1）可知，在吸收室，流體的動(dòng)能減小。在擴(kuò)壓室流體的速度減小，比動(dòng)能減小，比位能不變，由伯努利方程可得流體的比壓能升高，在出口處流體壓力達(dá)到最大。

引射器中的實(shí)際流體為不是穩(wěn)定不可壓縮流體，運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，但仍符合由穩(wěn)定不可壓縮流體得出的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在擴(kuò)壓室出口處動(dòng)能減小，壓力勢(shì)能增加。

（三）其它流體力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用

除了能量守恒以外，引射器還符合動(dòng)量守恒定律和質(zhì)量守恒定律。另外還涉及到定常流動(dòng)、非定常流動(dòng)，可壓縮流體和不可壓縮流體，紊流、層流等流體力學(xué)中的基礎(chǔ)性知識(shí)。

綜上所述，流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)在引射器中有重要的應(yīng)用。由于引射器中流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，只有通過不斷地深入研究，通過大量實(shí)驗(yàn)才能改進(jìn)已有的引射器，提高其性能。至于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算流體力學(xué)成為了研究引射器的工具，另外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)iuent等軟件為研究提供了極大的方便，推動(dòng)了引射器研究的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙靜野，孫厚鈞，高軍.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001年3期.

[2] 馬昕霞，Ma Xinxia.廣東化工，2009年12期.

[3] 張存民.區(qū)域供熱，2011年6期.

作者簡(jiǎn)介：

韓亞東（1995-），男，漢族，河北邯鄲人，本科，研究方向：化工機(jī)械。