第1章　绪论

1.1　本课题研究背景

射流泵是利用流体(液体或气体)来输送介质的动力设备，与其他叶片泵相比，具有结构简单、紧凑、轻便，运行可靠，无泄露，免维修等优点，有利于输送有毒、易爆、易燃和放射性介质，因此射流泵又被称为“无运动部件的泵”。它常用于免维修或少维修的场合，特别适用于水下、高压、高温、真空、放射、腐蚀等环境，因此在水利、电力、核能利用、冶金、航空航天、石油、化工、环境保护等国民经济各部门中得到了一定应用，已取得了巨大的经济效益。如射流泵与离心泵组成深井提水装置;水电站利用射流泵给机组技术供水和水轮机尾水管和蜗壳检修排水;火电厂利用射流泵进行冷凝器抽真空;核工业中射流泵用于大型沸水反应堆流量再循环系统，在反应堆乏燃料的后处理工艺中，脉冲液体射流泵用来输送各种中、高放射性溶液;石油开采中当油井压力下降不能自喷时，可以使用深井射流泵采油;化工中利用它组成喷射环流反应器;污水处理厂利用它进行射流曝气等等。以上应用实例充分说明了射流泵在安全可靠、环保、节能增效等方面发挥着巨大作用，具有重要的经济效益和社会效益。

射流泵是一种利用湍射流的湍动扩散作用来传递能量与质量的流体机械及混合反应设备。其本身没有运动部件，主要由喷嘴、喉管入口、喉管、扩散管及吸入室等部件组成。其工作原理是利用有压工作流体Q0在喷嘴喷出后流体质点或微团的紊动扩散作用，与被吸流体Qs发生质量和能量交换，从而带动被吸流体。这两股流体在喉管入口段及喉管内混合，进行能量和质量传递，工作流体的速度减小，被吸流体的速度增大，两者的速度在喉管出口处渐趋一致。流体的压力在喷嘴出口处到喉管入口断面是逐渐降低的，以后又逐渐增高。通过扩散管将混合流体的动能转换为压能，压力得到进一步升高，从而使混合后的流体Qc沿排出口被输送到用户去。

射流泵内部的流体有两种:一种为压力较高的工作流体，另一种为压力较低的被吸流体。射流泵的工作流体一般为液体(也可为液体混合流体或气体)，而被吸流体则可以是液体、气体、液固混合体(如泥浆等)、气固混合体(如烟气或灰尘等)。根据工作流体与被吸流体的状态，射流泵分为:液体射流泵(工作流体与被吸流体均为液体)、固体输送射流泵或泥浆射流泵(工作流体为液体，被吸流体为散状固体或泥浆)、液气射流泵(工作流体为液体，被吸流体为气体)、射流混合器(工作流体为液气混合流体，被吸流体为液体)。有时按射流泵工作流体和被吸流体的介质特点又分为单相射流泵和多相射流泵，按射流泵的喷嘴形式分为固定式射流泵和可调式射流泵。可调式射流泵在变工况时可保持较高的传能效率。

射流泵内部流动特性相当复杂，有时甚至是两相流(如泥浆泵或液气射流泵)。目前，对单相流体流动问题的研究已日臻完善，但对两相或多相流的传能与传质问题的研究还有待进一步深入。由于两相流与单相流相比，存在很大差别，它比单相流的流体性质复杂得多，因而对两相流的传能与传质问题的研究也困难得多。因射流泵内部的流体为两种流体，存在着能量与质量的交换与传递，其理论涉及液、气、固多相流体的传能、传质甚至化学反应过程，这给理论研究和设计具有高效性能的射流泵带来了一定困难。

射流泵除了作为流体输送机械外，还可兼作传能与传质及化学混合反应设备。各种有压能源(废水、废气)都可作为它的动力，直接加以利用，不需增加很多辅助设备，因此综合效益较高。它可以使整个工艺流程和设备大为简化，并提高工作可靠性，尤其是在水下、高温、高压、真空、放射等特殊工作条件下，采用射流泵更显示出其独特的优越性。但是，由于射流泵内两股不同压力的流体混合时产生较大的能量损失，因此射流泵的传能与传质的效率低于叶片类型泵。提高射流泵传能及传质效率，一直是国内外学者所关注的问题。由于泵型的不同，内部两种混合流体的不同，结构与使用条件的不同，其效率有较大差异。在某些条件下，它的效率并不低，所以如何合理利用射流泵以得到尽可能高的综合效益是一个很值得研究的问题。

人们在研究射流泵时，发现普通单喷嘴射流泵由于本身结构的限制，要大幅度地提高其工作性能是非常困难的，另外由于射流泵的应用场合不同，又对射流泵的结构型式提出了不同的要求。因此，继英国学者Witt于1965年提出多喷嘴液气射流泵以来，各国学者都将大量的精力放在寻求射流泵的最优结构方面，除较成熟的单级单喷嘴射流泵外，国内外学者又相继提出了各种型式的射流泵，如单级多喷嘴、多级单喷嘴、多级多喷嘴、预旋式、脉冲式，环形喷嘴等型式的射流泵［1－5］，这些型式各异的射流泵在某些特定的场合，有其独特的优点。

1971年，法国学者Crow S.C和Champaghe F.H［6］在射流装置上进行了脉冲射流的试验研究，研究结果表明，在距离喷嘴出口4倍于喷嘴直径点处，测得脉冲射流的传能与传质效率比恒定射流提高了32%，各国学者当时就对此研究结果非常关注。在以后的几十年里，各国学者对脉冲射流进行了大量的研究［7－11］，研究结果均表明，脉冲射流泵在提高效率方面的作用更为显著，在相同的射流泵装置上，采用脉冲射流比恒定射流的传能与传质效率可提高20%～30%，甚至更高［12，13］，并且已在水利电力、航空航天、核工业、化工与热力、环境保护等实际工程中得到了应用［14－25］，取得了较大的社会效益和经济效益。因此，在射流泵的研究方面，逐步完善其设计理论，改善其内部流态，减少内部流动损失，改善其内外特性，提高其传能与传质效率等问题，一直是本领域关注的热点。由于脉冲液体射流泵装置优良的工作特性，使它已成为目前最有发展前途的免维修设备，英、加、俄等国在核动力工程领域已开始使用这种装置［19，20］，并对其技术加以保密。

本书结合当前清洁生产，为实现节能、降耗、减污、增效的综合效益，建设资源节约和环境友好型和谐社会的要求，基于射流泵的以上诸特点，对脉冲液体射流泵的内外特性进行深入系统的理论分析、数值计算与试验研究，在大量试验工作的基础上，通过研究其内部传能与传质的过程与外部性能的联系，从理论与试验上深入分析和研究其传能与传质机理，为进一步完善其设计理论和制造性能优良的脉冲液体射流泵提供依据，最大限度地提高脉冲液体射流泵的工作效率，以推动脉冲液体射流泵在我国的应用。