书，书中论述了２ 世纪 ７ 年代以前关于射流泵和 ０ ０
泵的研究过程中， 试验研究是主要手段。 世纪 ０ ２
＊基金 项目 国 然 基金资 项目 “ 液 ： 家自 科学 助 脉冲 体射流泵 装置的 理论与 及其 基本 试验研究”（ ３ １） ５ ９３ 。 ｏ０ ７
万方数据
一
６ — ８
石
油
机
械
２８ ０ 年 第３ 卷 第２ ６ 期
力系数的一元关系式，并将理论和试验结果进行比 较。结果表明， 使用液气射流泵结构 （ 喉管长度 为喉管直径的４ 倍，液气射流泵的最优喉管长度为 ４８ 一 倍的喉管直径）时等温压缩率为 １％左右； ０ 在用透明喉管进行试验时发现， 液气射流泵的最优
验证。陆宏沂〔 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 佳〔不仅用试验从宏观上研究了 定 ６ ］ 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
性能是液 气混合完 成于喉管出口 Ｂｔ 〔对液气 。 ｚ ’ ｅｌ 】 ｒ ｅ
液一 液气射流泵试验研究获得了一些应用于工程的 经验公式。
Ｎ ｅ１ 研究了 ｖ’ ｅ Ｌ试验 液气射流泵扩散管的 性能。
试验表明， 扩散管的性能与扩散管人口 两相流体速 度的不一致性和液气两相流在扩散管内均匀混合的
发展程度有关。 ａａ。 ｃｒｌ 川使用ｃＤ软件ｒ Ａ ｖｈ ｒ ｌＰ ｏＣ
对液气射流泵喉管内的液气两相流流场进行了数值
用与 研究工 Ｈ ｆｒ 作。 ｏ 川首先提出了 ｅ ｅ 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。 ａｍ ｅ〔首 发现了 Ｒｍ ｉｎ’ 先 ｇ ｎ 】 喉管内 气的 液 快速
混合和压力突然升高现象，很多学者随后对喉管的
最优长度进行了研究。Ｆｌｍ’ ｏ ｓ 川推导了圆柱形喉 ｏ ［ 管（ 无扩散管）内混合的一元表达式。Ｔｋ ｈ ａａ－ ｓ ｉ ｍ川 ａ 推导了 喉管扩散管的计算公式， 并公布了 其
喷射器的理论和试验成果。前苏联索科夫和津格
距离对液气射流泵性能的影响， 研究结果发现最优 ２ 国内研究状况 ．
尔［出 ］ ’ 版了 《 喷射器》 （９ 年第２ １ ０ ７ 版）专著， 距离为３ ｍ 。 ３ｍ
全面系统地阐 述了各类射流泵和喷射器的计算以及
设计方法。
在国 陆宏析［运用流体力学理论， 内， １ ８ 采用
射流泵做了进一步的分析， 尤其是对扩散管，当液 气混合发生在喉管内时，其理论和试验吻合较好， 通过优化液气射流泵结构，特别是在喉管长度增加 到２ 倍时， ３ 等温压缩效率达到 １％。 ９
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。讨论了用贴体坐标方法把有限空间不规则区域 变为规则区域的变换技术， 并用混合有限分析法的 离散格式， 用贴体坐标方法获得了单相及液气两相 射流泵内流动数值模拟的结果。 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。 （ 根据试验资料直接提出液气射流泵性能 ） １ 的经验公式。用该方法获得的经验公式一般比较简 单， 使用方便， 工程界应用较多。 但该公式的适应 范围小，同时也不能揭示出流体流动的内部机理。 对液气射流泵的理论研究和设计缺乏指导意义。
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
ｉｅ 一在 ｗｔ’］ 气射流 液 ［ ２ 泵研究上考虑了 气射 液
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
基于单喷嘴结构的射流破碎机理和最优喉管长度。
美 ａ博士６ 籍学者Ｊｏ ｆ扩展ＴＰｉ ｗｌ 和 ｉ ］ ｅ ， ｉｎ ｔ ｒ ｓ ｏ
Ｓ ａ 基于质量和能量守恒的单相流模型，得到了 ｍｒ ｔ 液一 液气射流泵的数学模型。他将喷嘴、喉管和扩 散管的经验阻力系数综合考虑为无量纲的参数面积 比、 压力比和流量比的函数， 并通过大量试验确定 了函数中的待定参数， 得到了阻力系数的函数表达
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、
者〔 设计的 ’ ３ １ 流动沸腾测试装置中， 液气射流泵是
重要组成部分，为设计出高效太空应用的两相传热 控制系统提供了可靠的试验数据。下面介绍液气射 流泵应用的２ 个特例。
引
言
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。
ｏ ｎ ｎ２ Ｂ ｉ ｏ［ 〕 验发现射流泵 ｎｇ 试 ｔ 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 管 果要 Ｂｎｎｏ和Ｋ ｇ 版Ｔ 《 喉 效 好。 ｏ ｉ ｎ ｉ川出 ｎ孚 ｎ 射
流泵和喷射器回顾与展望》 （ ｔ ｍ ａｄＥ － ｅｕ ｓ Ｊ Ｐ Ｐｎ ｊ ｃ ｅ ｔ ， ｔｅ ｔ Ａ Ｒｖｗａｄ ｉｉ ｐｙ ｏ ＡＳ ｔｏ ｈ ｒ ｅｅ ｎ Ｂ ｌ脚 ｈ）一 ｓ ｒ ａ ｆ ｅｔ ｉ ｈｏ
通 分 试 结果， ｉ 和ｃｎｎ ａ［都 验 过 析 ｗｔ ｕ ｉｈ ’ ｔ ｅ ｎｇｍ ］
认为只要将合理的射流结构、最优喉管长度和最佳 工况有机结合起来， 液气射流泵的等温压缩率可以 达到４％， ０ 甚至更高。Ｗ ｅ ｔ ｉ 利用 １ 孔的多喷嘴结 ９
构使其达到Ｔ４％。Ｃｎｉ ｈｍ和Ｄｐｉ研究了 ） （ ｕｎ ｇａ ｎ ｏｋ ｎ
石 油 机 械
２８ ） Ｘ （ 年 第３ 卷 第２ ６ 期 阅专题综述卜
Ｃ ＮＡ Ｐ Ｔ ＯＬ Ｕ ＭＡ ＨＩ Ｅ Ｙ ＨＩ ＥＲ Ｅ Ｍ Ｃ Ｎ Ｒ
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液气射流泵研究应用进展’
高传昌 王玉川
（ 华北水利水电学院）
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 海水谈化 ７ 年代以来，计算流体力学和计算机技术的进步 ０ 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 １ 多 ０ 年的历史， 但是直到２ 世纪３ 年代，由于流体力 ０ ０ 学和空气动力学的发展，才推动了液气射流泵的应
题， 美国德克 斯州 萨 大学的ｃｒ ｈ川发明了Ｅ Ｐ ａａ。 ｖ ｌ Ｊ Ｓ （ ｅ ｌｔ ａｓｂｅｉｅｅｐｍ ）系统， ｔ Ｅ ｃ ｃ ｕ ｒ ｌｊ ｕｐ ｈ ｅｒ ｌ ｍｓ ｉ ｂ ｔ 成功地
２ ．海水淡化系统
壳 物的 类生 栖息环境； 度科学家〔 将液气 印 ” 」 射流
泵用于海水淡化系统， 提高了海水淡化效率，降低 了开采成本； 美国科学家将液气射流泵用于深海含
自由气体层的石油开采中，降低了开采成本， 提高
了产量；在美国 Ｎ Ｓ Ｍ ｒ ｌ飞行中心的研究 Ａ Ａ一 ａ ｈ ｓ ａ
液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
模拟。 ｕａ２ Ｋｍ ］ ［ ｒ 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人口
万方数据
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高传昌等：液气射流泵研究应用进展
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可靠、安装方便等优点，因此被广泛应用于各个领 域。液气射流泵在渔业养殖中可以作为增氧机； 从 电站汽轮机的冷凝器抽不凝气；用于从压力容器中 抽取各种有毒、易爆、易燃等特殊性质的气体； 在 消防上液气射流泵用于从着火的建筑中抽排烟雾； 在污水生化处理上， 射流曝气装置 （ 液气射流泵） 通过紊动扩散作用， 使空气中的氧溶解于污水， 为
１ ．石油开采
地热能、 火电站余热等。印度科学家Ｋｍ ’等 ｕａ “ ［ ｒ ］
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。其工作原理
如图２所示。
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
试验数据。试验表明，气液卷吸率不大于０２ ． ，效 率非常低，但是采用四孔喷嘴比采用单孔喷嘴效率 要高。
国内外研究概况
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