一種多級多噴管引射器分層優化方法技術

一種多級多噴管引射器分層優化方法，包含以下步驟：步驟(1)一，引射器總體參數優化：計算總增壓比；確定引射級數和單級增壓比；假定一系列引射面積比α和引射馬赫數M′；計算引射性能，優選確定引射參數；(2)步驟二，引射噴口布局優化：設計不同噴口數和分布形式的噴口布局；數值模擬優選確定噴口布局參數；(3)步驟三，增強混合引射噴管參數優化：設計不同齒數和侵入角的引射噴管；數值模擬優選確定噴口形狀參數。本發明專利技術克服了現有引射器設計方法無法考慮引射噴管形狀和結構布局的缺點，可顯著減小理論設計與工程調試的偏差，降低技術風險，節省引射系統研制和運行成本。

A hierarchical optimization method for multi nozzle ejector

A multi nozzle ejector hierarchical optimization method comprises the following steps: (1) an ejector system parameter optimization: Calculation of the total pressure ratio; determine the ejector series and single stage pressure ratio; assume a series of ejector and ejection area than the alpha Maher number M '; calculation of ejection to determine the preferred ejection parameters; (2) step two, ejector nozzle layout optimization: nozzle layout design with different nozzle number and distribution form of the optimized nozzle layout parameters; numerical simulation; (3) step three, enhanced mixing ejector nozzle parameter optimization design of different number of teeth and the ejector nozzle invasion angle the optimized nozzle shape parameters; numerical simulation. The invention overcomes the defects of the existing drainage design method can not consider the ejector ejector nozzle shape and structure defects, which can significantly reduce the deviation of design and engineering theory, reduce the technical risk, save the cost of construction and operation of injection system of lead.

【技術實現步驟摘要】
一種多級多噴管引射器分層優化方法
本專利技術涉及引射
，具體涉及一種多級多噴管引射器分層優化方法。
技術介紹
引射器是一種利用流體噴射混合作用進行質量和能量傳遞的力學裝置。引射器沒有機械部件，使用維護方便，在風洞驅動裝置、發動機高空試車臺、高能化學激光器壓力恢復系統、制冷設備、油氣輸送和燃氣節能等軍民用領域有重要應用價值。引射器用于抽制真空時，主要性能指標為盲腔靜壓；而用于抽吸低壓被引射氣流時，主要性能指標是引射效率和增壓比。中心引射器結構簡單，但混合室長、效率低、噪聲高，在風洞中基本不使用。國內外早期建設的引射式風洞基本都采用環形引射，混合室較短，但摩擦損失大，引射效率較低。為了改善引射氣流與被引射氣流的混合情況，國外提出了多噴管引射技術，由于增加了氣流接觸面積，可有效縮短引射器混合距離，顯著提高引射效率。雖然近年來多噴管引射器已開始在國內外多座新建的大型高速風洞中應用，但其工程設計仍然主要依賴傳統單噴管引射器設計的一維理論模型和經驗修正方法。對于多級多噴管引射器而言，此類設計方法的缺陷是顯而易見的：一維簡化方法不能考慮引射噴管形狀和布局的影響，無法給出引射器內流動結構、摩擦和氣流混合損失以及達到某種混合程度所需的混合距離等重要信息；以往單噴管中心引射器和環形引射器設計經常采用各種經驗修正系數，但經驗系數必須通過大量實驗獲得，而且適用范圍局限性大，相比之下，多級多噴管引射器結構參數和氣流參數更多，耦合影響更復雜，很難獲得合理可靠的經驗系數。實際上，目前風洞引射器仍然是一種保守的任務能力型設計，主要關注引射器的抽吸能力而忽略其引射效率，普遍存在能耗大、成本高的突出問題。由于缺乏合理可行的多級多噴管引射設計方法，造成風洞調試確定的引射器實際運行參數與理論設計值往往存在明顯偏差，給工程設計帶來很大技術風險，難以實現引射效率的優化。
技術實現思路
本專利技術的技術解決問題為：克服現有引射器設計方法無法考慮噴管形狀和布局、預測精度不高、引射效率較低的不足，提供一種多級多噴管引射器分層優化方法。本專利技術采用的技術解決方案如下：一種多級多噴管引射器分層優化方法，包含以下步驟：(1)對多級多噴管引射器進行總體參數優化(1.1)計算總增壓比首先確定總增壓比；所述總增壓比為最后一級引射器出口總壓與第一級引射器被引射氣流總壓之比；(1.2)確定引射級數和單級增壓比引射級數具體為：單級增壓比其中，n為引射級數，Cr為總增壓比；(1.3)計算引射效率，優選確定引射參數；所述引射參數包括引射面積比以及引射馬赫數；所述引射面積比和引射馬赫數為預設值；將引射參數代入到引射器性能方程中，計算各級引射總壓、引射氣流流量和混合室出口速度系數；判斷引射總壓是否超過氣源許用條件，如超過氣源許用條件則增大該級的引射面積比或減小該級的引射馬赫數，重新代入到引射器性能方程中，計算該級引射總壓、引射氣流流量和混合室出口速度系數，直到各級引射總壓均滿足氣源許用條件，之后計算各級引射效率和總引射效率；所述各級引射效率即為該級被引射氣流流量與該級引射氣流流量的比值；所述總引射效率為第一級被引射氣流流量與各級引射氣流流量之和的比值；所述被引射流量是指：通過風洞運行總壓和馬赫數計算得到所述被引射流量；以總引射效率最大值對應的各級引射面積比和引射馬赫數組合為第一層次的優化結果，即多級多噴管引射器總體參數優化結果；(2)引射噴口布局優化(2.1)根據步驟(1)得到的引射面積比，確定具有不同噴口數和布置形式的引射噴口布局；(2.2)根據預設的引射器混合室直徑和長度，采用數值模擬方法，在相同增壓比、和相同被引射氣流總壓條件下，比較不同引射噴口布局的引射效率；(2.3)選定引射效率最高的引射噴口布局形式，作為第二層次的優化結果，即為引射噴口布局優化結果；(3)增強混合引射噴管參數優化(3.1)以步驟(2)優化結果為基礎，設計幾種不同齒數、不同侵入角的引射噴管結構；(3.2)采用數值模擬方法，在相同增壓比和相同被引射氣流總壓條件下，比較幾種引射噴管結構的引射效率；(3.3)選定引射效率最高的引射噴管幾何參數，作為第三層次的優化結果，即為增強混合引射噴管參數優化結果；所述引射噴管幾何參數是指齒數和侵入角。所述引射面積比的取值范圍為α＝0.2-0.5，引射馬赫數M′為1～4。本專利技術與現有技術相比，優勢在于：(1)第一層次優化保留了傳統一維簡化方法的優點，可快速確定相對合理的優化初值范圍，進一步地，第二、三層次優化又克服了傳統方法無法考慮引射噴管形狀和結構布局的缺點，實現了引射器高效和精細設計的結合。(2)第二、三層次優化主要采用數值模擬方法獲得引射器流場和性能，數值模擬方法采用的數學物理模型相比現有引射器工程設計采用的一維簡化模型更完善和精確，因此本專利技術可顯著減小引射器現有設計方法與工程調試的偏差，降低技術風險，節省研制成本。(3)本專利技術采用的多層次綜合優化方案獲得的引射器引射效率更高，可有效提高引射器運行經濟性，降低系統長期運行成本。附圖說明：圖1是多級多噴管引射器分層優化方法流程圖；圖2是兩級引射器總體參數估算(M＝5，P0＝0.5MPa)；其中，圖2(a)為一級引射氣流流量與面積比關系，圖2(b)為一級引射總壓與面積比關系，圖2(c)為二級引射氣流流量與面積比關系，圖2(d)為二級引射總壓與面積比關系；圖3是典型引射噴口布局形式；其中，圖3(a)為4噴口布局，圖3(b)為8噴口布局，圖3(c)為9噴口布局，圖3(d)為12噴口布局；圖4是優選的引射噴管結構及分布；圖4(a)為引射噴管結構示意圖，圖4(b)為一級引射噴管分布，圖4(c)二級引射噴管分布；圖5是鋸齒形引射噴管；圖6是兩級鋸齒形多噴管引射器。具體實施方式：如圖1所示，本專利技術提出了一種多級多噴管引射器分層優化方法，包含以下步驟：(1)對多級多噴管引射器進行總體參數優化(1.1)計算總增壓比首先確定總增壓比，所述總增壓比為最后一級引射器出口總壓與第一級引射器被引射氣流總壓之比。被引射氣流總壓一般是引射器設計的已知條件，如果設計條件未提供，其值可通過理論估算、數值模擬或實驗測量獲得。超聲速風洞引射器安裝在亞擴段，被引射氣流總壓P01可按下式估算：P01＝P0σs/1.8，其中P0為風洞前室總壓，σs為相應風洞馬赫數下的正激波后總壓與正激波前總壓之比，1.8為考慮各種損失的經驗系數。(1.2)確定引射級數和單級增壓比若引射器增壓比要求很高，必然使得引射面積比、引射馬赫數和引射氣流總壓很大，在結構阻塞、氣流冷凝、氣源壓力和運行經濟性等方面會存在問題。因此，在大增壓比要求下，一般采用多級引射。引射器級數增多時，級間參數匹配工作量成指數倍增加，設計和調試難度很大，一般最多采用3-4級，可按下表進行選擇：對于多級引射，一般認為按增壓比均勻分配時整體性能較優。單級增壓比其中，n為引射級數，Cr為總增壓比。(1.3)計算引射效率，優選確定引射參數所述引射參數包括引射面積比以及引射馬赫數；所述引射面積比和引射馬赫數為預設值；引射面積比的取值范圍為α＝0.2-0.5，引射馬赫數取值范圍為M′＝1～4。根據引射器流動特點，引入以下幾點基本假設：a.引射器內流動是穩態一維流，混合室壁面為絕熱壁；b.引射氣流和被引射氣流均為理想氣本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多級多噴管引射器分層優化方法，其特征在于，包含以下步驟：(1)對多級多噴管引射器進行總體參數優化；(2)引射噴口布局優化；(3)增強混合引射噴管參數優化。

【技術特征摘要】
1.一種多級多噴管引射器分層優化方法，其特征在于，包含以下步驟：(1)對多級多噴管引射器進行總體參數優化；(2)引射噴口布局優化；(3)增強混合引射噴管參數優化。2.根據權利要求1所述的一種多級多噴管引射器分層優化方法，其特征在于：所述步驟(1)對多級多噴管引射器進行總體參數優化，具體為：(2.1)計算總增壓比：首先確定總增壓比；所述總增壓比為最后一級引射器出口總壓與第一級引射器被引射氣流總壓之比；(2.2)確定引射級數和單級增壓比：引射級數具體為：單級增壓比其中，n為引射級數，Cr為總增壓比；(2.3)確定引射參數以及引射效率；所述引射參數包括引射面積比以及引射馬赫數；所述引射面積比和引射馬赫數為預設值；將引射參數代入到引射器性能方程中，計算各級引射總壓、引射氣流流量和混合室出口速度系數；判斷引射總壓是否超過氣源許用條件，如超過氣源許用條件則增大該級的引射面積比或減小該級的引射馬赫數，重新代入到引射器性能方程中，計算該級引射總壓、引射氣流流量和混合室出口速度系數，直到各級引射總壓均滿足氣源許用條件，之后計算各級引射效率和總引射效率；所述各級引射效率即為該級被引射氣流流量與該級引射氣流流量的比值；所述總引射效率為第一級被引射氣流流量與各級引射氣流流量之和的比值；以總引射效率最大值對...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳培，李素循，倪招勇，劉耀峰，
申請(專利權)人：中國航天空氣動力技術研究院，
類型：發明
國別省市：北京,11