适于最大化由来自饱和流的膨胀的两相流所产生的动量的量的喷嘴制造技术

喷嘴(10)适于膨胀饱和流(D)，且包括会聚部分(2)、喉部(3)、管子(4)和在所述喉部(3)的下游的混合器元件(5)，该混合器元件(5)适于混合饱和流的蒸汽和液体相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于用作涡轮中的膨胀构件的喷射器和喷嘴的领域。
技术介绍
通常，设计这样的装置以将压力能转换成动能，所述动能之后用于做功；例如使得涡轮叶片或叶片旋转，或在具有喷射器的情况下用于吸入流。这样的装置通常用作膨胀高度过冷的蒸汽或液体。相比，使用喷射器或喷嘴膨胀饱和的液体是边缘性的，这是因为蒸汽相的出现对在膨胀之后的液体/蒸汽两相流中的动量的量施加了相当大的限制。图1至4示出了这一现象。图1显示根据现有技术的喷嘴1。喷嘴1包括会聚部分2、喉部3和适中角度的发散部分4。饱和的液体流D经过会聚部2进入喷嘴1，且沿着喷嘴从右至左行进通过喉部3，且之后通过适中的发散部4。沿着横坐标轴线，图2显示在流D沿着图1的喷嘴1行进时测得的流D的压力，从其纵坐标轴向上，它绘出质量速度P. V，即密度P乘以速度V的乘积。应当看到，该质量速度在喉部3 (由垂直线标记)处于最大值。图3显示在所述流D沿着喷嘴1行进时其均勻的液体-蒸汽密度(表达成每立方米千克(kg/m3))怎样作为压力(P，以兆帕斯卡(MPa)测量的)的函数变化。通过计算获得这些结果，它们表明在压力沿着喷嘴下降期间密度随着蒸汽相的出现而减小。图4显示在所述流D沿着喷嘴1行进时其速度(V，表达成米每秒(m/s))作为其压力(P，表达成MPa)的函数的变化。通过测试获得的这些结果显示由于液体的部分蒸汽化(短划线曲线)源自密度下降，两相混合物的速度的真实增加很大地偏离理论上的变化(连续线曲线)。这样差的性能严重地限制了两相涡轮的发展，一些人甚至相信它们在工业上是没有用途的。本专利技术试图通过提出在第一方面中的适合用于最大化由来自饱和液体的膨胀的液体/蒸汽两相流所产生的动量的量的喷嘴，来减轻现有技术的缺点。还了解到，诸如两相涡轮的喷射器使得可以获得更大的能量表现，尤其是对于具有等焓的膨胀器的制冷系统或热泵。当前，涡轮和喷射器广泛地用于膨胀保持是液体的液体或保持主要是蒸汽的蒸汽；这些热力学的膨胀变化接近理想的等墒膨胀。对于给定的压力差和液体的膨胀，这样的等墒膨胀设定了最小部分的蒸汽，这样可能由所述高压饱和液体的膨胀产生。图5显示成T/S图表的形式的制冷循环和蒸汽压缩，其中每单位质量的熵S (表达成千焦每千克开尔文(kj/kg. K))和温度T(表达成开尔文)被分别沿着横坐标轴线和从纵坐标轴线向上绘出。该图表表明·在状态101和102之间，从蒸发低压至冷凝高压对蒸汽相的制冷流体的压缩；和·在状态102和103之间，冷凝之后的蒸汽去过热阶段，其中制冷液体变成饱和液体。点103(冷凝高压)和点104ith(蒸发低压)之间的过渡示出了现有技术中的等焓膨胀。在这一膨胀期间产生的蒸汽量处于最大值。这样的等焓膨胀远不能通过在冷凝高压(点10 和理论点(点104is)之间的过渡实现如图5所示的理想的等焓膨胀性能。对于等熵膨胀，所产生的蒸汽量处于最小值，饱和液体的蒸发熵差远大于等焓膨胀的情况。应当想到，等焓膨胀典型地发生于具有上游和下游部分的节流孔中，该上游和下游部分远大于节流孔的尺寸，除了节流孔之外，在节流孔的每一侧上的突然的变窄和突然的变宽用于产生压头损失，该损失是非常显著的。在涡轮中或在喷射器中，已知通过使得流体经由会聚部分到达喉部来限制压头损失。测试和少数学术论文显示在会聚部分中的膨胀直到喉部是准等熵的。之后主要地观察到，在喉部下游的液体的速度基本上与它在喉部中的速度相等， 换句话说，压力能没有转换成动能。在下文所述的图6A至6C中显示出这一现象。图6A显示现有技术的喷射器60。 这一喷射器主要包括参考图1所述类型的喷嘴1和中空的主体62。喷嘴1的作用是通过增加其速度将在高压Pfisi的饱和液体Fl的流膨胀至理论低压PTh—F1S3，以便于携带(entrain)处于显著低于Pfisi的压力Pf2s2的流体流F2。这一流体流F2通常是来自具有蒸发压力PF2S2&流体的蒸发的蒸汽流，该流体的蒸发压力小于压力Pfisi和小于在喷射之后的混合物的压力PTh Mi!fi5。中空主体62具有会聚部分63、具有恒定截面S4的混合腔64以及具有最大的截面 S5的圆锥形的发散部分65。流Fl通过截面Sl进入到喷嘴1中，它在主要的两相流中膨胀至具有截面S3的它的出口。使用下述符号· Vfisi 在截面Sl处的主要流Fl的速度；· Pfisi 在截面Sl处的主要流Fl的压力；· VTh F1S3 :在截面S3处的主要流Fl的理论速度；和· PTh F1S3 :在截面S3处的主要流Fl的理论压力。流F2通过截面S2进入到喷射器60。由于截面S3和S2之间的压力差，通过主要流Fl携带和加速所谓的“次要流”。使用下述符号· Vf2s2 :在截面S2处的次要流F2的速度；· Pf2s2 :在截面S2处的次要流F2的压力；· VTh F2S3 :在截面S3处的次要流F2的理论速度。主要流和次要流Fl和F2在恒定压力下在会聚部分63中混合，然后它们进入到混合腔64中，在混合腔中它们形成了处于理论速度VTh—MixS4和理论压力PTh—MixS4的两相混合物。发散部分65形成扩散道，用于加速流体流Fl和F2的两相混合物高至速度VTh MixS5且将动能转换成压力势能。混合物的压力在发散部分65中增加高至理论出口压力PTh MixS5。然而，实际上，发现如在喉部3的出口处所测量的主要流Fl的实际速度VN。zl F1S3远小于理论速度VTh—F1S3。因此·对次要流F2的携带小于理论；·在混合腔64的出口处的混合物的实际压力I\。zl MixS4小于理论压力PTh MixS4 ；且结果·实际出口压力PN。zl MixS5小于理论出口压力PTh MixS5。图6B和6C显示这样的事件的状态，其中分别显示上述定义的压力和速度，理论由细线表示，现有技术性能由粗体虚线表示。本专利技术还寻求提供不会呈现现有技术的缺点的喷射器。
技术实现思路
更精确地，本专利技术涉及适合用于膨胀饱和流的喷嘴。所述喷嘴包括会聚部分、喉部、管子和在所述喉部下游的管子内的混合器元件，所述混合器元件适合于分馏所述饱和的液体相，以使其与蒸汽相混合。因此，整体上，本专利技术的喷嘴寻求混合在喉部的下游的饱和液体的蒸汽相和液体相，而在现有技术中，寻求分别地处理这两相。申请人:发现在现有技术的喷嘴中，液体和蒸汽在出现放大的喉部的出口处分开。 在喉部的下游处，申请人观察到液体相和蒸汽相之间的滑移蒸汽相寻求占据其可以利用的所有体积，且它蔓延到留中心处的液体流的外围。因此，在会聚部分的出口的液体的喷射没有被膨胀所形成的蒸汽加速，因为蒸汽占据了在液体喷射的外围处的位置。因此本专利技术提出了混合蒸汽和液体相，由此相当大地增加了由来自饱和的液体膨胀的液体/蒸汽的两相流所产生的动量，如在下文所说明的那样。在特定的实施例中，管子是截面增大的发散部分，例如圆锥形界面的发散部分。该圆锥形管子的锥角可以被选择以在两相流加速期间保持质量流量恒定。在变形例中，适中的圆锥形发散部分4可以被圆柱形管子替代。在特定的实施例中，本专利技术的喷嘴的会聚部分包括用于改变喉部的截面的针。在特定实施例中，上述的混合器元件是静止的螺旋件。在变形例中，螺旋件可以是可移动的。在本专利技术的另一实施例中，混合器元件可以包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃利亚斯·布拉兹克萨韦尔，德尼·克洛迪克，
申请(专利权)人：工业加工方法研究和发展协会阿美尼斯，
类型：发明
国别省市：