射流泵的研究新进展
摘要
液气射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量及质量的流体机械和混合设备。
该泵具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点，因此被广泛应用于渔业、电力、化工、环保、消防、石油以及航空航天等领域，但其传能效率低一直是国内外学者所关注的问题。
概述了国内外液气射流泵的主要研究成果，总结了其主要研究方法。
特别介绍了液气射流泵在深海石油开采和海水淡化中的应用，并提出利用脉冲射流提高液气射流泵效率的新研究方向。
关键词：液气射流泵液气两相流动数值模拟脉冲射流海水淡化
射流泵是一种流体机械，它是以一种利用工作流体的射流来输送流体的设备。
根据工作流体介质和被输流体介质的性质是液体还是气体，而分别称为喷射器、引射器、射流泵等不同名称，但其工作原理和结构形式基本相同。
我们接下来看到的是液气射流泵，一种新型的射流泵，我们将从下面更深入的了解该泵的发展过程。
液气射流泵是利用射流紊动扩散作用来传递能量及质量的流体机械和混合设备。
液气射流泵通过液体射流对气体进行抽吸和压缩，泵内运动属于液气两相流动，且液体和气体之间容重相差很大，运动情况复杂。
液气射流泵具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点。
因此，广泛应用于渔业、电力、化工、环境保护、消防、石油以及航空航天等领域，但其传能效率低一直是国内外学者所关注的问题。
国内外的学者运用试验、理论和数值计算的方法对其进行了大量的研究工作，试图揭示液气射流泵内部两相流体流动的机理，从根本上解决传能效率低的问题。
回顾整理这些研究成果，总结其研究方法，可进一步为开展液气射流泵的研究提供依据和参考。
国内外研究状况
液气射流泵的发展是一个理论研究和试验研究相互依赖，相互促进的探索过程。
由于液气射流泵内部流动是人们尚未掌握规律的液气两相湍流，不可能进行全面透彻的理论分析。
因此，在液气射流泵的研究过程中，试验研究是主要手段。
20世纪70年代以来，计算流体力学和计算机技术的进步带动了液气射流泵内部流场数值模拟的发展，并逐步发展成为理论与试验并列的新研究方法。
1.国外研究状况
虽然液气射流泵技术的研究与应用已有100多年的历史，但是直到20世纪30年代，由于流体力学和空气动力学的发展，才推动了液气射流泵的应用与研究工作。
Hoeffer首先提出了液气射流泵的概念，并利用它对凝汽器进行了抽真空试验，随后德国和前苏联的杂志发表了许多关于液气射流泵的论文。
Bonnington试验发现射流泵效率随射流速度的增加而下降，通过透明喉管试验发现，当液气混合在喉管内发生时，泵的效率较高，并且长喉管比短喉管效果要好。
随后，国外科学家进行了大量的实验来提高液气射流泵的效率，如Witte在液气射流泵研究上考虑了液气射流泵喉管内液气混合压缩性的影响，首次采用无因次欧拉数对液气射流泵进行理论和试验分析，通过分析喉管流动过程，提出了“混合激波”的概念，优化射流泵结构。
提出利用多喷嘴结构提高液气射流泵的效率；Neve试验研究了液气射流泵扩散管的性能。
Carvalho使用CFD软件FIDAPC对液气射流泵喉管内的液气两相流流场进行了数值模拟。
Kumar等人对用于海水净化系统的液气射流泵进行了试验研究，主要研究了喷嘴到喉管入口距离对液气射流泵性能的影响，研究结果发现最优距离为33mm。
2.国内研究状况
在国外研究液气射流泵后，国内的学者们也加紧对射流泵进行研究。
在国内，陆宏圻运用流体力学理论，采用一元流简化方法，同时考虑泵内各控制面流速不均匀的影响，推导出两级及单级液气射流泵的基本性能方程。
陆宏圻和王德茂运用两相流体力学理论。
推导了液气一液两相流体射流泵的基本方程，考虑了几何参数的影响和液气混合条件对泵性能的影响，导出了液气速度滑移的动量修正系数和速度不均匀的动量系数，并通过试验对理论结果进行了验证。
随后，陆宏圻整理了国外学者及本人的大量研究成果，出版了《射流泵技术的理论与应用》一书，标志着国内射流泵理论走向成熟。
廖定佳不仅用试验从宏观上研究了液气射流泵的特性，还从内部流场的角度，用数值求解的方法研究了液气射流泵内各参数的变化。
他对3个面积比的液气射流泵在不同含气体积分数下进行了试验研究，测得了压力、流量、含气体积分数等宏观物理量，分析了含气体积分数对射流泵性能的影响。
纵观国内外学者对液气射流泵的研究情况，其研究方法大致可分为以下3类：
(1)根据试验资料直接提出液气射流泵性能的经验公式
(2)应用流体力学的基本理论，结合实验确定待定参数的半理论半经验方法
(3)应用数值模拟方法，并采用试验验证的方法进行研究
这些方法的综合应用，对液气射流泵进行了深入的研究，推到了该泵的发展。
气射流泵的应用现状
液气射流泵具有无运动部件、结构简单、工作可靠、安装方便等优点，因此被广泛应用于个领域。
下面来介绍液气射流泵应用的两个特例。
1.石油开采
在深海石油开采中，为解决含气体积分数高且距离采油主平台距离较远的卫星井的石油
开采问题，美国德克萨斯州大学的Carvalho发明了ESJP(the Electrical Submersible Jet Pump)系统，成功地将气举和降低成本结合起来，解决了这一问题。
对于含气体积分数高的油井，必须在电潜泵开采前进行油气分离，否则很容易造成电潜泵的汽蚀，影响油井产量。
同时，还必须铺设排气管路，对于距离主平台较远的卫星井。
铺设排气管路的成本是非常昂贵的。
另外，深海距离主平台较远的卫星井需要较大的压力来克服重力和沿程阻力，工程中常采用的提升方法是气举。
该系统是在电潜泵的人口安装一个旋转式液气分离器实现油气分离，经过分离的油直接排入电潜泵，而气体则通过管道向上排出。
而在电潜泵的出口管路上安装液气射流泵，其工作流体是电潜泵排出的高压液体，而液气射流泵的吸人口是被液气分离器分离出来的气体，在高压液体经喷嘴高速喷出后在吸入室形成低压区，将气体吸入喉管，液气发生混合形成密度较小的液气混合物，经过扩压管增压后具有较高的压力来克服重力和阻力。
可见ES—JP将气举和降低铺设管路成本完美结合了起来，是对液气射流泵的创新应用。
2．海水淡化系统
随着人口的快速增长和工业化进程的加快，对淡水的需求量越来越大，各国学者都对海水淡化进行研究来解决这个问题。
而海水淡化最主要的障碍是成本太高。
因此，使用可再生能源进行海水淡化技术近几年迅速发展，如使用太阳能、海洋热能、地热能、火电站余热等。
印度科学家Kumar等人研发了1套以液气射流泵为辅助设备的利用火电厂余热进行海水淡化的系统。
液气射流泵用作对蒸发室抽真空，降低蒸发室压力从而降低海水沸点，使其容易蒸发，达到净化海水的目的。
结论
（1）通过理论和试验研究表明。
在相同的射流泵装置上，采用脉冲射流比恒定射流的效率提高了15％～25％。
国内外学者采用多股射流，多级射流等手段提高了液气射流泵的效率。
（2）随着世界能源形势的紧张，必将大规模地开采深井、深海油气藏，液气射流泵将会在该领域发挥重要作用。
在石油化工行业里，用组合的射流泵来代替不同真空的机械泵。
用于真空干燥、升华、蒸馏、结晶、提纯、过滤、运输、浓缩、灭菌、回潮等工艺过程，可以降低成本，简化操作，提高效率。
（3）采用脉冲射流来提高液气射流泵的效率，将成为今后液气射流泵研究的新方向。
随着研究的不断深入，液气射流泵的应用范围会更广。