流体力学在引射器中的应用

摘 要：流体力学是研究流体机械的基础性学科，流体机械中的引射器被广泛应用于现代的生产生活中。本文介绍了引射器的基本原理及其应用，分析了引射器中的基础性的流体力学知识，包括连续性方程和伯努利方程等。

关键词：引射器；原理；流体力学

一、流体力学介绍

流体力学是力学中的一个分支，它主要研究流体静力学、运动学、和动力学中流体的相互作用及运动规律。流体力学在人们长期的生产实践中不断地成熟，自欧拉方程和拉格朗日方程建立以后，流体力学作为力学的一个分支正式建立。隨着现代化技术的发展需要，流体力学逐步发展出其它分支，如电磁流体力学、计算流体力学、两相（气液或气固）流等等，在化学工程、石油工程、水利工程海洋工程、航空航天、化境大气工程等领域被广泛应用，流体力学是研究流体的最基础性学科。

二、引射器的基本原理及应用

引射器被广泛应用流体机械和化工生产及生活当中。引射器是利用射流的紊动扩散作用，使得两股不同压力的流体相互混合，并引发能量交换的流体机械和混合反应设备[ 1 ]。引射器的主要结构包括工作喷嘴、吸收室、混合室及扩压室等（如图1）。引射器工作时有两种流体经过引射器，一种是从工作喷嘴喷出的工作流体，另一种是进入吸收室的被引射流体，工作流体以高速从喷嘴喷出到吸收室，动能增加，压力势能降低，并且低于被引射流体压力，从而将被引射流体吸入，两种气体在混合室发生能量交换，动量交换，质量交换后，进入扩压室，随着速度的减慢压力逐渐升高，最终混合气体高压流出扩压室。

引射器是一种提高流体压力而不直接消耗机械能的设备[ 2 ]，对能量来说，实现了数量和质量上充分、合理使用[ 3 ]，节能环保。在发电、废气预热供暖装置、制冷、工业热工、航空航天等领域得到了广泛的应用。它具有结构简单，体积小，制造成本较低，没有运动部件，工作平稳，易于维修，使用寿命长，操作方便等优点。尤其是在高温高压，有毒，易燃易爆，放射性物质等的条件下更显其优越性。但其传能效率较低，工作时的能量损失较大。

三、引射器中的流体力学

引射器中存在许多基础的流体力学知识，主要体现在以下几个方面。

（一）连续性方程

如图2所示，流体在喷嘴的喉管位置及喷嘴出口位置，在吸收室以及混合室的有效断面是不断变化的，以扩压室为例。

在1-1截面处与2-2截面处的速度分别为u1和u2，1-1截面处与2-2截面处的面积为A1和A2，则由连续性方程得：

因为A1u2。

由此可见，在扩压室，流体的速度不断减小，在吸收室室，流体的速度不断增大。

（二）伯努利方程

引射器符合能量守恒定律，伯努利方程的本质是能量守恒。假设流体为稳定不可压缩流体，作用于流体上的质量力只有重力，所取断面为缓变流动，则：

h1-2为两截面间单位重量流体的能量损失。

如图2，由（1）可知，在吸收室，流体的动能减小。在扩压室流体的速度减小，比动能减小，比位能不变，由伯努利方程可得流体的比压能升高，在出口处流体压力达到最大。

引射器中的实际流体为不是稳定不可压缩流体，运动比较复杂，但仍符合由稳定不可压缩流体得出的运动规律，在扩压室出口处动能减小，压力势能增加。

（三）其它流体力学知识的应用

除了能量守恒以外，引射器还符合动量守恒定律和质量守恒定律。另外还涉及到定常流动、非定常流动，可压缩流体和不可压缩流体，紊流、层流等流体力学中的基础性知识。

综上所述，流体力学的基础知识在引射器中有重要的应用。由于引射器中流体运动的复杂性，只有通过不断地深入研究，通过大量实验才能改进已有的引射器，提高其性能。至于实验数据处理，计算流体力学成为了研究引射器的工具，另外，随着计算机技术的发展，Fiuent等软件为研究提供了极大的方便，推动了引射器研究的发展。

参考文献：

[1] 赵静野，孙厚钧，高军.北京建筑工程学院学报，2001年3期.

[2] 马昕霞，Ma Xinxia.广东化工，2009年12期.

[3] 张存民.区域供热，2011年6期.

作者简介：

韩亚东（1995-），男，汉族，河北邯郸人，本科，研究方向：化工机械。