一种多级多喷管引射器分层优化方法技术

一种多级多喷管引射器分层优化方法，包含以下步骤：步骤(1)一，引射器总体参数优化：计算总增压比；确定引射级数和单级增压比；假定一系列引射面积比α和引射马赫数M′；计算引射性能，优选确定引射参数；(2)步骤二，引射喷口布局优化：设计不同喷口数和分布形式的喷口布局；数值模拟优选确定喷口布局参数；(3)步骤三，增强混合引射喷管参数优化：设计不同齿数和侵入角的引射喷管；数值模拟优选确定喷口形状参数。本发明专利技术克服了现有引射器设计方法无法考虑引射喷管形状和结构布局的缺点，可显著减小理论设计与工程调试的偏差，降低技术风险，节省引射系统研制和运行成本。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种多级多喷管引射器分层优化方法
本专利技术涉及引射
，具体涉及一种多级多喷管引射器分层优化方法。
技术介绍
引射器是一种利用流体喷射混合作用进行质量和能量传递的力学装置。引射器没有机械部件，使用维护方便，在风洞驱动装置、发动机高空试车台、高能化学激光器压力恢复系统、制冷设备、油气输送和燃气节能等军民用领域有重要应用价值。引射器用于抽制真空时，主要性能指标为盲腔静压；而用于抽吸低压被引射气流时，主要性能指标是引射效率和增压比。中心引射器结构简单，但混合室长、效率低、噪声高，在风洞中基本不使用。国内外早期建设的引射式风洞基本都采用环形引射，混合室较短，但摩擦损失大，引射效率较低。为了改善引射气流与被引射气流的混合情况，国外提出了多喷管引射技术，由于增加了气流接触面积，可有效缩短引射器混合距离，显著提高引射效率。虽然近年来多喷管引射器已开始在国内外多座新建的大型高速风洞中应用，但其工程设计仍然主要依赖传统单喷管引射器设计的一维理论模型和经验修正方法。对于多级多喷管引射器而言，此类设计方法的缺陷是显而易见的：一维简化方法不能考虑引射喷管形状和布局的影响，无法给出引射器内流动结构、摩擦和气流混合损失以及达到某种混合程度所需的混合距离等重要信息；以往单喷管中心引射器和环形引射器设计经常采用各种经验修正系数，但经验系数必须通过大量实验获得，而且适用范围局限性大，相比之下，多级多喷管引射器结构参数和气流参数更多，耦合影响更复杂，很难获得合理可靠的经验系数。实际上，目前风洞引射器仍然是一种保守的任务能力型设计，主要关注引射器的抽吸能力而忽略其引射效率，普遍存在能耗大、成本高的突出问题。由于缺乏合理可行的多级多喷管引射设计方法，造成风洞调试确定的引射器实际运行参数与理论设计值往往存在明显偏差，给工程设计带来很大技术风险，难以实现引射效率的优化。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题为：克服现有引射器设计方法无法考虑喷管形状和布局、预测精度不高、引射效率较低的不足，提供一种多级多喷管引射器分层优化方法。本专利技术采用的技术解决方案如下：一种多级多喷管引射器分层优化方法，包含以下步骤：(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化(1.1)计算总增压比首先确定总增压比；所述总增压比为最后一级引射器出口总压与第一级引射器被引射气流总压之比；(1.2)确定引射级数和单级增压比引射级数具体为：单级增压比其中，n为引射级数，Cr为总增压比；(1.3)计算引射效率，优选确定引射参数；所述引射参数包括引射面积比以及引射马赫数；所述引射面积比和引射马赫数为预设值；将引射参数代入到引射器性能方程中，计算各级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数；判断引射总压是否超过气源许用条件，如超过气源许用条件则增大该级的引射面积比或减小该级的引射马赫数，重新代入到引射器性能方程中，计算该级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数，直到各级引射总压均满足气源许用条件，之后计算各级引射效率和总引射效率；所述各级引射效率即为该级被引射气流流量与该级引射气流流量的比值；所述总引射效率为第一级被引射气流流量与各级引射气流流量之和的比值；所述被引射流量是指：通过风洞运行总压和马赫数计算得到所述被引射流量；以总引射效率最大值对应的各级引射面积比和引射马赫数组合为第一层次的优化结果，即多级多喷管引射器总体参数优化结果；(2)引射喷口布局优化(2.1)根据步骤(1)得到的引射面积比，确定具有不同喷口数和布置形式的引射喷口布局；(2.2)根据预设的引射器混合室直径和长度，采用数值模拟方法，在相同增压比、和相同被引射气流总压条件下，比较不同引射喷口布局的引射效率；(2.3)选定引射效率最高的引射喷口布局形式，作为第二层次的优化结果，即为引射喷口布局优化结果；(3)增强混合引射喷管参数优化(3.1)以步骤(2)优化结果为基础，设计几种不同齿数、不同侵入角的引射喷管结构；(3.2)采用数值模拟方法，在相同增压比和相同被引射气流总压条件下，比较几种引射喷管结构的引射效率；(3.3)选定引射效率最高的引射喷管几何参数，作为第三层次的优化结果，即为增强混合引射喷管参数优化结果；所述引射喷管几何参数是指齿数和侵入角。所述引射面积比的取值范围为α＝0.2-0.5，引射马赫数M′为1～4。本专利技术与现有技术相比，优势在于：(1)第一层次优化保留了传统一维简化方法的优点，可快速确定相对合理的优化初值范围，进一步地，第二、三层次优化又克服了传统方法无法考虑引射喷管形状和结构布局的缺点，实现了引射器高效和精细设计的结合。(2)第二、三层次优化主要采用数值模拟方法获得引射器流场和性能，数值模拟方法采用的数学物理模型相比现有引射器工程设计采用的一维简化模型更完善和精确，因此本专利技术可显著减小引射器现有设计方法与工程调试的偏差，降低技术风险，节省研制成本。(3)本专利技术采用的多层次综合优化方案获得的引射器引射效率更高，可有效提高引射器运行经济性，降低系统长期运行成本。附图说明：图1是多级多喷管引射器分层优化方法流程图；图2是两级引射器总体参数估算(M＝5，P0＝0.5MPa)；其中，图2(a)为一级引射气流流量与面积比关系，图2(b)为一级引射总压与面积比关系，图2(c)为二级引射气流流量与面积比关系，图2(d)为二级引射总压与面积比关系；图3是典型引射喷口布局形式；其中，图3(a)为4喷口布局，图3(b)为8喷口布局，图3(c)为9喷口布局，图3(d)为12喷口布局；图4是优选的引射喷管结构及分布；图4(a)为引射喷管结构示意图，图4(b)为一级引射喷管分布，图4(c)二级引射喷管分布；图5是锯齿形引射喷管；图6是两级锯齿形多喷管引射器。具体实施方式：如图1所示，本专利技术提出了一种多级多喷管引射器分层优化方法，包含以下步骤：(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化(1.1)计算总增压比首先确定总增压比，所述总增压比为最后一级引射器出口总压与第一级引射器被引射气流总压之比。被引射气流总压一般是引射器设计的已知条件，如果设计条件未提供，其值可通过理论估算、数值模拟或实验测量获得。超声速风洞引射器安装在亚扩段，被引射气流总压P01可按下式估算：P01＝P0σs/1.8，其中P0为风洞前室总压，σs为相应风洞马赫数下的正激波后总压与正激波前总压之比，1.8为考虑各种损失的经验系数。(1.2)确定引射级数和单级增压比若引射器增压比要求很高，必然使得引射面积比、引射马赫数和引射气流总压很大，在结构阻塞、气流冷凝、气源压力和运行经济性等方面会存在问题。因此，在大增压比要求下，一般采用多级引射。引射器级数增多时，级间参数匹配工作量成指数倍增加，设计和调试难度很大，一般最多采用3-4级，可按下表进行选择：对于多级引射，一般认为按增压比均匀分配时整体性能较优。单级增压比其中，n为引射级数，Cr为总增压比。(1.3)计算引射效率，优选确定引射参数所述引射参数包括引射面积比以及引射马赫数；所述引射面积比和引射马赫数为预设值；引射面积比的取值范围为α＝0.2-0.5，引射马赫数取值范围为M′＝1～4。根据引射器流动特点，引入以下几点基本假设：a.引射器内流动是稳态一维流，混合室壁面为绝热壁；b.引射气流和被引射气流均为理想气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级多喷管引射器分层优化方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化；(2)引射喷口布局优化；(3)增强混合引射喷管参数优化。

【技术特征摘要】
1.一种多级多喷管引射器分层优化方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化；(2)引射喷口布局优化；(3)增强混合引射喷管参数优化。2.根据权利要求1所述的一种多级多喷管引射器分层优化方法，其特征在于：所述步骤(1)对多级多喷管引射器进行总体参数优化，具体为：(2.1)计算总增压比：首先确定总增压比；所述总增压比为最后一级引射器出口总压与第一级引射器被引射气流总压之比；(2.2)确定引射级数和单级增压比：引射级数具体为：单级增压比其中，n为引射级数，Cr为总增压比；(2.3)确定引射参数以及引射效率；所述引射参数包括引射面积比以及引射马赫数；所述引射面积比和引射马赫数为预设值；将引射参数代入到引射器性能方程中，计算各级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数；判断引射总压是否超过气源许用条件，如超过气源许用条件则增大该级的引射面积比或减小该级的引射马赫数，重新代入到引射器性能方程中，计算该级引射总压、引射气流流量和混合室出口速度系数，直到各级引射总压均满足气源许用条件，之后计算各级引射效率和总引射效率；所述各级引射效率即为该级被引射气流流量与该级引射气流流量的比值；所述总引射效率为第一级被引射气流流量与各级引射气流流量之和的比值；以总引射效率最大值对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培，李素循，倪招勇，刘耀峰，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11