[發明專利]一種異型連噴結構噴射器在審
| 申請號： | 202210911524.0 | 申請日： | 2022-07-28 |
| 公開（公告）號： | CN115126730A | 公開（公告）日： | 2022-09-30 |
| 發明（設計）人： | 張承虎;林子琛;朱添奇;楊海濱 | 申請（專利權）人： | 哈爾濱工業大學 |
| 主分類號： | F04F5/00 | 分類號： | F04F5/00;F04F5/44 |
| 代理公司： | 黑龍江立超同創知識產權代理有限責任公司 23217 | 代理人： | 楊立超 |
| 地址： | 150001 黑龍*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 異型 結構 噴射器 | ||
1.一種異型連噴結構噴射器，其特征在于：所述噴射器包括第一噴管(1)、第一吸入室(2)、第一引射段(3)、第一混合段(4)、第二噴管(5)、第二吸入室(6)、第二引射段(7)、第二混合段(8)、擴散段(9)、第一引射流體進口(11)和第二引射流體進口(12)；
所述第一噴管(1)的進口端為工作流體進口(10)，所述第一吸入室(2)包括第一引射流體進口(11)和第一引射段(3)的進口，所述第一引射段(3)為第一噴管(1)外壁的圓弧過渡、第一噴管(1)的水平部分與第一混合段(4)進口處圓弧過渡之間圍設的腔體，所述第一噴管(1)的出口端與第一引射段(2)的出口端匯合后與第一混合段(4)的進口端連接，用于第一引射流體穿過第一引射段(3)后與工作流體匯合后進入第一混合段(4)，所述第一混合段(4)的出口端與第二噴管(2)的進口端連接，所述第二吸入室(6)包括第二引射流體進口(12)和第二引射段(7)的進口，所述第二引射段(7)為第二噴管(5)外壁的圓弧過渡、第二噴管(5)的水平部分與第二混合段(8)進口處圓弧過渡之間圍設的腔體，用于第二引射流體穿過第二引射段(6)后與工作流體匯合后進入第二混合段(8)，所述第二混合段(8)的出口端與擴散段(9)的入口端連接；
所述第一噴管(1)為第一拉法爾噴管，所述第一拉法爾噴管包括第一噴管前水平段(1-1)、第一噴管收縮段(1-2)、第一噴管擴張段(1-3)和第一噴管后水平段(1-4)；
當經過第一混合段(4)混合后的工質速度小于當地音速時，所述第二噴管(5)為第二拉法爾噴管，所述第二拉法爾噴管包括第二噴管收縮段(5-2)、第二噴管擴張段(5-3)和第二噴管后水平段(5-4)；
所述第一噴管(1)的出口端與第一引射段(3)的出口端齊平設置，所述第二噴管(5)的出口端與第二引射段(7)的出口端齊平設置；
所述第一引射段(3)和第二引射段(7)遠離噴管一側的圓弧過渡的截面為1/4圓弧過渡；
第一噴管前水平段(1-1)的長度大于第一噴管(1)入口截面半徑的4倍；
所述第一噴管(1)和第二噴管(2)的線型即截面半徑d均由以下公式確定：
{x＝x11；x＝x12；x＝x13}
{d＝d11，0≤x11≤L11；d＝d12，L11≤x12≤L11+L12；d＝d13，L11+L12≤x13≤L11+1.07×L12}
d13＝d1c
L11＝1.5×d1i
L12＝4×d1t
d1i——第一拉法爾噴管入口截面半徑或第二拉法爾噴管入口截面半徑；
d1t——第一拉法爾噴管喉部截面半徑或第二拉法爾噴管喉部截面半徑；
d1c——第一拉法爾噴管出口截面半徑或第二拉法爾噴管出口截面半徑；
L11——第一拉法爾噴管收縮段長度或第二拉法爾噴管收縮段長度；
L12——第一拉法爾噴管擴張段長度或第二拉法爾噴管擴張段長度；
x——x處截面到第一拉法爾噴管入口截面或第二拉法爾噴管入口截面的距離；
所述第一引射段(3)和第二引射段(7)的線型由以下方法和公式確定，
已知量為第一引射段(3)或第二引射段(7)入口環形面積S1，第一引射段(3)或第二引射段(7)喉部環形面積S2，第一引射段(3)出口和第一噴管(1)出口或第二引射段(7)出口和第二噴管(5)出口所構成圓的半徑R’，未知量為R、L1、L2、L3、L4，求解需要用到以下公式：
L2＝R+R'
L1——靠近噴管一側的第一引射段(3)入口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)入口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L2——遠離噴管一側的第一引射段(3)入口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)入口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L3——第一引射段(3)喉部靠近噴管一側的端點至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)喉部至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L4——第一引射段(3)喉部遠離噴管一側的端點至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)喉部至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
R’——第一引射段(3)圓弧過渡的出口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)圓弧過渡的出口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L6——第一引射段(3)入口端的長度或第二引射段(7)入口端的長度；
L7——第一引射段(3)喉部的長度或第二引射段(7)喉部的長度；
R——第一引射段(3)或第二引射段(7)遠離噴管一側1/4圓弧過渡的半徑；
以1/4圓弧過渡的出口端切線與靠近噴管的第一引射段(3)或第二引射段(7)側壁連接，交點為D點，靠近噴管的第一引射段(3)或第二引射段(7)側壁的入口端至D點的曲線與1/4圓弧過渡關于喉部中點的垂線對稱，喉部所在平面位于1/4圓弧所對應圓心角的角平分線上，D點至第一噴管擴張段(1-3)的末端或第二噴管擴張段(5-3)的末端通過函數曲線連接，所述函數曲線由以下方法和公式確定：
y＝a+bt+ct2+et3
函數曲線兩端分別與D點和第一噴管擴張段(1-3)的末端光滑連接或D點和第二噴管擴張段(5-3)的末端光滑連接，因此函數曲線兩側端點位置及其一階導數已知，構成四個方程，由此求出a、b、c和e四個待定系數；
第一混合段(4)的長度L5設計為：
L5＝5.81×R”’
L5——第一混合段(4)的長度；
R”’——第一混合段(4)的半徑；
第二混合段(8)的長度L8設計為：
L8＝1.51×R”
L8——第二混合段(8)的長度；
R”——第二混合段(8)的半徑；
擴散段(9)的線型設計由以下公式確定:
L9＝c×R
s——擴散段(9)任意一處到擴散段(9)入口截面的水平距離；
r——擴散段(9)任意一處截面的半徑；
L9——擴散段(9)的長度；
a0＝1；
a1＝-0.0532；
a2＝0.0150；
a3＝-0.0032016；
a4＝0.00037943；
a5＝-0.000020884；
a6＝0.0000004646；
c＝17.55。
2.一種異型連噴結構噴射器，其特征在于：所述噴射器包括第一噴管(1)、第一吸入室(2)、第一引射段(3)、第一混合段(4)、第二噴管(5)、第二吸入室(6)、第二引射段(7)、第二混合段(8)、擴散段(9)、第一引射流體進口(11)和第二引射流體進口(12)；
所述第一噴管(1)的進口端為工作流體進口(10)，所述第一吸入室(2)包括第一引射流體進口(11)和第一引射段(3)的進口，所述第一引射段(3)為第一噴管(1)外壁的圓弧過渡、第一噴管(1)的水平部分與第一混合段(4)進口處圓弧過渡之間圍設的腔體，所述第一噴管(1)的出口端與第一引射段(2)的出口端匯合后與第一混合段(4)的進口端連接，用于第一引射流體穿過第一引射段(3)后與工作流體匯合后進入第一混合段(4)，所述第一混合段(4)的出口端與第二噴管(2)的進口端連接，所述第二吸入室(6)包括第二引射流體進口(12)和第二引射段(7)的進口，所述第二引射段(7)為第二噴管(5)外壁的圓弧過渡、第二噴管(5)的水平部分與第二混合段(8)進口處圓弧過渡之間圍設的腔體，用于第二引射流體穿過第二引射段(6)后與工作流體匯合后進入第二混合段(8)，所述第二混合段(8)的出口端與擴散段(9)的入口端連接；
所述第一噴管(1)為第一拉法爾噴管，所述第一拉法爾噴管包括第一噴管前水平段(1-1)、第一噴管收縮段(1-2)、第一噴管擴張段(1-3)和第一噴管后水平段(1-4)；
當經過第一混合段(4)混合后的工質速度大于當地音速時，所述第二噴管(5)為直徑逐漸增加的擴張噴管，所述擴張噴管包括擴張噴管擴張段(5-5)和擴張噴管水平段(5-6)；
所述第一噴管(1)的出口端與第一引射段(3)的出口端齊平設置，所述第二噴管(5)的出口端與第二引射段(7)的出口端齊平設置；
所述第一引射段(3)和第二引射段(7)遠離噴管一側的圓弧過渡的截面為1/4圓弧過渡；
第一噴管前水平段(1-1)的長度大于第一噴管(1)入口截面半徑的4倍；
所述第一噴管(1)的線型即截面半徑d均由以下公式確定：
{x＝x11；x＝x12；x＝x13}
{d＝d11,0≤x11≤L11；d＝d12,L11≤x12≤L11+L12；d＝d13,L11+L12≤x13≤L11+1.07×L12}
d13＝d1x
L11＝1.5×d1i
L12＝4×d1t
d1i——第一拉法爾噴管入口截面半徑；
d1t——第一拉法爾噴管喉部截面半徑；
d1c——第一拉法爾噴管出口截面半徑；
L11——第一拉法爾噴管收縮段長度；
L12——第一拉法爾噴管擴張段長度；
x——x處截面到第一拉法爾噴管入口截面的距離；
所述擴張噴管的線型即截面半徑d由以下公式確定：
{f＝f21；f＝f22}
{d＝d21,0≤f21≤L22；d＝d22,L22≤f22≤1.07L22}
d22＝d2c
L22＝4×d2t
d2i——擴張噴管入口截面半徑；
d2c——擴張噴管出口截面半徑；
d2t——擴張噴管喉部截面半徑；
L22——擴張噴管擴張段(5-5)長度；
f——f處截面到擴張噴管入口截面的距離；
所述第一引射段(3)和第二引射段(7)的線型由以下方法和公式確定，
已知量為第一引射段(3)或第二引射段(7)入口環形面積S1，第一引射段(3)或第二引射段(7)喉部環形面積S2，第一引射段(3)出口和第一噴管(1)出口或第二引射段(7)出口和第二噴管(5)出口所構成圓的半徑R’，未知量為R、L1、L2、L3、L4，求解需要用到以下公式：
L2＝R+R’
L1——靠近噴管一側的第一引射段(3)入口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)入口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L2——遠離噴管一側的第一引射段(3)入口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)入口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L3——第一引射段(3)喉部靠近噴管一側的端點至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)喉部至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L4——第一引射段(3)喉部遠離噴管一側的端點至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)喉部至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
R’——第一引射段(3)圓弧過渡的出口端至第一噴管(1)中心軸線之間的距離或第二引射段(7)圓弧過渡的出口端至第二噴管(5)中心軸線之間的距離；
L6——第一引射段(3)入口端的長度或第二引射段(7)入口端的長度；
L7——第一引射段(3)喉部的長度或第二引射段(7)喉部的長度；
R——第一引射段(3)或第二引射段(7)遠離噴管一側1/4圓弧過渡的半徑；
以1/4圓弧過渡的出口端切線與靠近噴管的第一引射段(3)或第二引射段(7)側壁連接，交點為D點，靠近噴管的第一引射段(3)或第二引射段(7)側壁的入口端至D點的曲線與1/4圓弧過渡關于喉部中點的垂線對稱，喉部所在平面位于1/4圓弧所對應圓心角的角平分線上，D點至第一噴管擴張段(1-3)的末端或第二噴管擴張段(5-3)的末端通過函數曲線連接，所述函數曲線由以下方法和公式確定：
y＝a+bt+ct2+et3
函數曲線兩端分別與D點和第一噴管擴張段(1-3)的末端光滑連接或D點和第二噴管擴張段(5-3)的末端光滑連接，因此函數曲線兩側端點位置及其一階導數已知，構成四個方程，由此求出a、b、c和e四個待定系數；
第一混合段(4)的長度L5設計為：
L5＝13.23×R”’
L5——第一混合段(4)的長度；
R”’——第一混合段(4)的半徑；
第二混合段(8)的長度L8設計為：
L8＝1.51×R”
L8——第二混合段(8)的長度；
R”——第二混合段(8)的半徑；
擴散段(9)的線型設計由以下公式確定:
L9＝c×R”
s——擴散段(9)任意一處到擴散段(9)入口截面的水平距離；
r——擴散段(9)任意一處截面的半徑；
L9——擴散段(9)的長度；
a0＝1；
a1＝-0.0532；
a2＝0.0150；
a3＝-0.0032016；
a4＝0.00037943；
a5＝-0.000020884；
a6＝0.0000004646；
c＝17.55。
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