脉冲液体射流泵性能方程的试验研究

2022-09-11

射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备, 因此内部流动情况比较复杂, 除了理论计算外, 一般都需要进行模型或原型试验。试验时采集射流泵的工作压力、吸入与出口流量压力, 将其换算成无因次参数以此来表征射流泵的时均性能, 即。

1997年, 高传昌[1]对气液活塞式脉冲液体射流泵的装置性能进行了试验研究, 推导出了装置性能方程及其简化表达式以及装置效率计算表达式。2001年, 张心凤[2]对脉冲射流泵性能及管道摩阻损失进行了试验研究, 研究表明脉冲射流泵效率的提高与工作流体脉冲的频率、射流泵的面积比等因素有关。本文对五个面积比下的脉冲液体射流泵的性能进行了试验研究, 并与理论数值计算进行了对比分析, 从而验证了脉冲液体射流泵性能方程的正确性及影响其效率的主要因素。

1 脉冲液体射流泵性能方程试验研究

1.1 性能方程的理论计算

经分析整理可得脉冲液体射流泵时均基本性能方程 (推导过程见文献[3]和文献[4]) 。

1.2 性能方程试验研究

(1) 试验装置。

试验采用了原型试验。装置系统主要由射流泵、电磁阀、离心泵、管道泵、闸阀及管道等组成, 如图1所示。

(2) 试验过程。

试验由数据自动采集和处理系统组成。主要过程如下。

(1) 打开电磁阀, 启动离心泵和管道泵, 再慢慢打开闸阀1, 稳定之后管道中水流处于恒流状态。

(2) 打开脉冲发生装置, 使射流泵处于脉冲状态下工作。

(3) 调节闸阀1的开度来改变工作压力P0的大小, 测试不同工作压力下射流泵的性能;调节闸阀2的开度来改变出口流量Qc的大小, 从而改变流量比q的大小。压力传感器3、4、5、6、7分别记录射流泵的工作压力P0、吸入口压力Ps、喉管进口压力P1、喉管出口压力P2、扩散管出口压力P3。电磁流量传感器8、9分别测量射流泵工作流量Q0、出口流量Qc。

(4) 改变射流泵喷嘴大小及脉冲频率, 测定不同射流泵面积比和不同脉冲频率下的试验数据, 重复1至3步骤, 即可得到曲线。

试验中喉管面积保持不变, 通过改变喷嘴面积来变化射流泵的面积比m。压力传感器和电磁流量计测出的数据均为模拟信号, 通过转换生成数字信号输出, 经公式计算, 得到相应压力、流量值。将测出的每个工况压力值Po、Ps、Pc和流量值Qo、Qs、Qc在n个周期内取时均值, 按准二维理论整理成q和h值, 由此得出一个点。调节闸阀2, 其它条件不变, 得出同一脉冲频率下的许多点, 绘出一个频率下的曲线;调节频率, 得到不同频率下的曲线。

(3) 数据整理。

为了与脉冲液体射流泵性能方程理论计算进行对比, 将试验测得的Po、Ps、Pc和Qo、Qs、Qc数据进行整理, 得出性能方程曲线。

(4) 成果分析。

本试验中喉管直径d3=12mm, 喷嘴出口直径d1分别采用8mm、10mm、12mm、15mm和18mm, 即面积比m分别为9.77、6.25、4.34、2.78、1.93。每个面积比下又分别对4个脉冲频率进行了试验。为了验证脉冲液体射流泵准二维理论性能方程的正确性, 我们将试验结果与前面数值计算进行了对比分析。

图2至图4为不同面积比下, 脉冲液体射流泵的试验数据与理论计算的对比分析图。

2 结语

本文从试验出发, 测试了不同面积比、不同频率、不同工作压力下射流泵的基本性能, 并与数值计算数据进行了对比。

(1) 由图2可知, 脉冲液体射流泵压力比h随流量比q的变化基本上呈直线分布, 面积比m越小, 压力比h随流量比q变化的曲线就越陡, 这与恒定液体射流泵的h与q变化趋势相同[5]。

(2) 由图3和图4可知, 无论是恒定还是脉冲液体射流泵, 其基本性能方程的理论计算与试验点基本吻合, 验证了作者推导的脉冲液体射流泵时均基本性能方程。

(3) 如果将本文的方程 (1) 与文献[5]中的恒定液体射流泵基本性能方程对比分析可知, 脉冲液体射流泵的基本性能是恒定液体射流泵的基本性能与由脉冲频率和无因次惯性项引起提高的射流泵性能的迭加。图3和图4的试验结果和数值计算都证明了这一理论分析, 这与国内外的研究结果基本一致。

摘要：试验采用原型试验, 运用数据自动采集系统测试射流泵的各个流量和压力值, 并将其换算成无因次参数h, q, 以此来表征射流泵的时均性能。试验研究了五个面积比下的脉冲液体射流泵的性能方程。结果表明脉冲射流可以提高射流泵的效率, 而且在一定范围内, 脉冲频率越高, 效率提高就越大, 并验证了数值计算的正确性。

关键词：脉冲液体,射流泵,时均性能,脉冲频率