民用飞机为应对突发情况，装备有应急滑梯系统，使机载人员能够快速逃离飞机抵达地面。应急滑梯系统利用引射器高引射比、高增压比的特点，给应急滑梯快速充气。应急滑梯充气系统主要由高压气瓶、稳压阀、高压软管、引射器以及滑梯气筒组成。由于气瓶内压力高、气瓶内工作流体有限、滑梯气筒充气时间非常短，因此，要求系统引射效率高、引射流量大、工作时间短。系统中引射器性能是气筒能否在规定时间内达到工作压力的关键。

1942 年，Keenan 和 Neumann[1，2]建立了一维能量、质量和动量守恒方程描述引射器流动分析过程，提出等压混合理论与等面积混合理论。前者与实际工况更为接近，1950年之后，等压混合理论得到进一步完善。1977年，Munday和Bagster[3]在等压混合理论基础上，考虑了激波对引射流、吸入混合的影响。1985年，Huang等[4]建立了一维临界工作状况的理论模型，并提出喷嘴下游假想喉部的概念。1997年，邱义芬等[5]提出了多喷嘴引射器性能参数的理论计算方法。随着引射器理论和CFD技术的逐步发展，为加快研究速度和深度，国内外开始对引射器二维及三维模型展开仿真研究[6]。Hemidi[7，8]和 Bartosiewicz[9]对单个拉法尔喷嘴引射器在多种湍流模型下进行二维仿真，得到k-e和k-w-SST湍流模型的仿真结果与试验结果接近。Hany[10]应用CFD研究了引射压力对引射性能的影响。Mazzeli[11]在多种湍流模型下对二维及三维引射器模型进行仿真，得出三维模型下结果与试验更接近。Zhu[12]等应用CFD研究了吸入室收缩角及喷嘴距混合室入口距离对引射器性能的影响。兰江[13]等应用Flowmaster对多喷嘴引射器进行了仿真，并通过试验验证了仿真模型的精确性。缪亚芹[14]等通过试验与Fluent数值仿真，得到多喷嘴引射器引射流与吸入流间压比越大、引射比越小的关系。

式中：s为待估计西江流域广东段传统村落的位置，si为落在以s为圆心的西江流域广东段传统村落，h为在半径空间范围内第i个传统村落的位置。

综上，应用于快速引射充气系统中的高压多喷嘴引射器的研究较少，有必要针对系统中引射器的快速引射充气性能进行仿真研究。本文主要利用Ansys Workbench软件，对一种高压径向吸气多喷嘴引射器进行数值模拟，研究喷嘴数、混合室长径比、混合室与喷嘴面积比三个参数对引射性能的影响，并在引射器理论研究及仿真结果基础上，讨论分析滑梯应急快速充气系统中引射器流动过程，为应用于应急滑梯系统中的引射器设计提供依据。

1 CFD建模仿真

径向吸气多喷嘴引射器按表1进行分组建模。表中长径比指混合室长度与直径之比，用L/D表示；面积比指混合室流通面积与喷嘴总流通面积之比，用AR表示。1～3组中，保持喷嘴总流通面积与混合室尺寸不变，更改喷嘴数目与布局，研究不同喷嘴数下引射器引射性能变化情况；4～11组中，保持喷嘴结构尺寸与混合室的面积比不变，更改混合室长度，改变混合室长径比，研究混合室长径比对引射器引射性能的影响；12～19组中，保持喷嘴结构尺寸与混合室长径比不变，调整混合室直径、改变面积比，研究面积比与引射器引射性能间的关系。

 

表1 引射器主要几何模型参数Table 1 The major geometry model parameters of the ejectors

  

组别 喷嘴数喷嘴直径/mm混合室长度/mm混合室直径/mm长径比L/D面积比AR喷1 6 3.46 217 86 2.5 103嘴数2 12 2.5 217 86 2.5 103响3 18 2 217 86 2.5 103 4 6 3.46 172 86 2 103 5 6 3.46 258 86 3 103 6 6 3.46 344 86 4 103径比7 6 3.46 430 86 5 103响8 18 2 172 86 2 103 9 18 2 258 86 3 103 10 18 2 344 86 4 103 11 18 2 430 86 5 103 12 12 2 140 56 2.5 66 13 12 2 176 70 2.5 103 14 12 2 234 94 2.5 183积比15 12 2 300 120 2.5 300响16 18 2 172 69 2.5 66 17 18 2 215 86 2.5 103 18 18 2 286 115 2.5 183 19 18 2 368 147 2.5 300影长影面影

第3组中18喷嘴引射器三维模型如图1所示，喷嘴结构如图2所示。其余组引射器几何模型建立方式与此相同。

2013年，农村水利工作深入贯彻落实党的十八大精神和中央关于加快水利改革发展的战略部署以及部党组关于大力发展民生水利的总体要求，克难奋进，开拓创新，真抓实干，取得重大进展，成效显著，为保障农业生产、改善农村民生和促进农村经济社会平稳健康发展作出了新贡献。日前，本刊记者就有关问题采访了水利部农村水利司司长王爱国。

  

图1 18喷嘴引射器三维模型Fig.1 The 3D model of 18-nozzles ejector

图1中，1为高压软管，软管入口连接气瓶，出口连接引射器喷嘴入口；2为喷嘴，共18个；3为吸入空气入口；4为混合室，吸入流与引射流在此混合；5为混合室扩压段，连接应急滑梯气筒。图2中，喷嘴由等截面段与扩张段组成。表1中喷嘴直径指的是等截面段喷嘴直径，扩压段出口直径始终保持等截面段直径的1.35倍。各组中喷嘴长度保持不变。

  

图2 喷嘴结构尺寸(单位：mm)Fig.2 The structural parameters of nozzle（unit：mm）

不同喷嘴数对应布局如图3所示，图中喷嘴均匀布置在内外圈上。

  

图3 引射器喷嘴布局Fig.3 Nozzles layout of ejectors

由于此引射器结构模型较复杂，而非结构网格自适应性好、网格质量较高、利于划分复杂的几何模型，故采用四面体非结构网格对引射器进行网格划分。图4为引射器采用非结构网格划分的结果，全局网格数量在300万左右。

  

图4 引射器网格划分结果Fig.4 Meshing result of ejector

利用Fluent对表1中的引射器模型进行仿真计算。流动采用Standard k-e湍流模型，高压引射流为氮气与二氧化碳混合物，质量比为0.5∶0.5，吸入流为环境空气，高压引射流及吸入流均按实际气体处理，边界条件见表2。混合室背压模拟滑梯气筒内压力动态变化过程，随充气时间增加而增大。本文分析计算引射器在4s充气时间内引射流与吸入流的非稳态流动过程。

采用SPSS 16.0统计学软件对数据进行处理，计量资料以“±s”表示，采用t检验；计数资料以例数（n）、百分数（%）表示，采用x2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

 

表2 引射器边界条件设置Table 2 The settings of ejector boundary condition

  

引射流入口压力/MPa吸入流入口压力/Pa引射流、吸入流入口温度/K混合室背压3.3 101325 300 —

  

图5 混合室背压变化曲线Fig.5 The curve of backpressure

2 仿真结果

2.1 不同喷嘴数下引射器仿真结果

综上，在满足尺寸和重量要求的前提下，增加引射器混合室长径比可提高引射器性能。

  

图6 不同喷嘴数下混合流量曲线Fig.6 Mixing mass flow rate curves of ejectors with different nozzle number

  

图7 不同喷嘴数下引射流量曲线Fig.7 Primary mass fl ow rate curves of ejectors with different nozzle number

2.2 不同混合室长径比下引射器仿真结果

对表1中12～19组所示的引射器进行模拟仿真，计算12和18喷嘴引射器在长径比不变、面积比改变时引射器性能的变化情况。图10和图11分别为4s内，12喷嘴、18喷嘴引射器在不同面积比下混合流量变化过程。图11为12喷嘴引射流量变化情况，18喷嘴引射流量变化情况与图9相同，引射流量不随混合室结构改变而改变。

2.3 不同混合室面积比下引射器仿真结果

对表1中4～11组所示的引射器进行模拟仿真，计算6和18喷嘴引射器在面积比不变、长径比改变时引射器性能的变化。图8和图9分别为4s内18喷嘴引射器在不同长径比下混合流量和引射流量变化曲线。6喷嘴引射器混合流量、引射流量随长径比变化规律相同。

以《农村人民公社工作条例》的制定和修正过程为例。1961年3月22日，广州中央工作会议通过《农村人民公社工作条例（草案）》。紧接着，毛泽东要求把它放到群众中去征求意见以便修改。

  

图8 不同长径比下混合流量变化曲线Fig.8 Mixing mass flow rate curves of ejectors with different aspect ratio

  

图9 不同长径比下引射流量变化曲线Fig.9 Primary mass fl ow rate curves of ejectors with different aspect ratio

  

图10 不同面积比下12喷嘴混合流量变化曲线Fig.10 Mixing mass flow rate curves of 12-nozzles ejectors with different area ratio

  

图11 不同面积比下18喷嘴混合流量变化曲线Fig.11 Mixing mass flow rate curves of 18-nozzles ejectors with different area ratio

  

图12 不同面积比下引射流量变化曲线Fig.12 Primary mass fl ow rate curves of ejectors with different area ratio

3 性能分析

参考文献[16]认为喷嘴数越多越有利于引射、吸入流之间的能量交换，引射比越高。本文研究发现，18喷嘴引射器相对于12喷嘴引射器引射比略低。在目前混合室内，由于喷嘴较多，各股引射流喷射区干涉严重，造成混合室堵塞，减少了低压空气的吸入；同时18喷嘴外圈喷嘴过于密集，外圈引射流更加严重地阻碍了径向吸入空气与内圈引射流间的接触及能量交换，使18喷嘴引射器引射性能低于12喷嘴引射器。综上，对于滑梯快速引射充气系统而言，适当提高引射器喷嘴数目，能够改善引射性能。但喷嘴数量达到一定值后，由于喷嘴间引射流互相干涉，增大喷嘴数反而会降低引射器性能。

 

式中：μ 为引射比，qm，s为吸入流量，qm，p为引射流量。

The relative permittivity of a ferroelectric crystal is temperature dependent and undergoes a phase transition as the temperature is increased. The crystal possesses a spontaneous polarization below the phase transition temperature known as the Curie temperature (TC).

3.1 喷嘴数量及布局对引射性能的影响

表1中1～3组所示的6、12、18喷嘴引射器在4s内引射比变化曲线如图13所示。由图6和图7可知，由于引射器背压随时间增大，混合流量随背压增大而降低，背压变化对引射流量几乎没有影响，使得引射比随时间变化趋势与混合流量变化趋势一致。由图13可知，4s内12喷嘴与18喷嘴引射器引射比较接近，引射性能优于6喷嘴引射器。4s时，6、12和18喷嘴引射器引射比分别为1.52，1.79和1.73。12喷嘴和18喷嘴引射器引射比比6喷嘴引射器高约18%。

  

图13 不同喷嘴数引射比变化曲线Fig.13 Entrainment ratio curves of ejectors with different nozzle number

4s时，不同长径比下，18喷嘴引射器出口处的速度矢量图如图16所示。长径比为2时，混合室出口核心部分的气流速度较高，速度沿半径方向梯度较大，引射、吸入流没有均匀混合，混合流的速度不均匀。长径比为5时，混合室出口处的速度更加均匀，速度沿径向方向梯度较低，混合效果更好。这是由于增加混合室长径比，使得引射流在混合室内扩散的区域更大，能与更多吸入流进行能量和动量交换，提高了混合效果，使引射比增大。

图14中，12和18喷嘴引射器出口混合流速度较6喷嘴引射器更为均匀，这是由于增加喷嘴数量形成的多股引射流提高了引射流与吸入流间掺混面积，使其能更好混合。但在混合室中心区域，流体速度仍然较高，一方面是由于内圈喷嘴距离较近，引射流经喷嘴后形成膨胀波，相互挤压干涉严重；另一方面，由于外圈喷嘴数较多，外圈引射流阻碍了径向吸入的空气与内圈引射流之间的掺混，造成中心区域混合流速度较大、混合效果欠佳的情况。

对于滑梯快速充气过程，引射比及引射流量是衡量引射器性能的主要参数。在该系统中，引射流量取决于引射压力及喷嘴总流通面积；引射器结构、喷嘴数及布局对引射流量影响很小，变化不显著，这里重点分析引射比的变化情况，以引射比衡量引射器引射性能。引射比为引射器吸入流量与引射流量之比，如式（1）所示[15]。

3.2 混合室长径比对引射器性能的影响

表1中8～11组所示的18喷嘴不同长径比引射器4s内引射比变化曲线如图15所示。6喷嘴引射器引射比变化趋势与18喷嘴一致，但大小略低于18喷嘴引射器。图7中，在相同的喷嘴总流通面积下，6喷嘴引射器引射流量略高于18喷嘴引射器，而两者混合流量仿真结果接近，故在相同长径比下18喷嘴引射器引射比高于6喷嘴引射器。

采取走访和电话调查的方式，对全省11所独立学院就业指导课的开设情况进行了调查，调查的内容包括课程开设的形式、上课的年级(学期)安排、是否纳入教学计划、学分(课时)、使用的教材和教师队伍情况等问题，调查的结果整理归纳如表1。

图15中，引射比与长径比呈正相关变化，长径比从2倍提高到3倍，引射比提高约20%，继续提高长径比，引射比继续提高，但引射比提高幅度有所降低。仿真4s时，长径比分别为2、3、4、5时，18喷嘴引射器引射比分别为1.57、1.80、1.92、2.02，6 喷嘴引射器引射比分别为 1.40、1.68、1.78、1.88。

  

图14 不同喷嘴数下引射器出口速度云图Fig.14 Outlet velocity nephogram of ejectors with different nozzle numbers

  

图15 不同长径比下引射比变化曲线Fig.15 Entrainment ratio curves of ejectors with different aspect ratio

6、12及18喷嘴引射器混合室出口速度云图如图14所示。图14中，相较于12与18喷嘴引射器，6喷嘴引射器混合室出口截面气流速度极不均匀，这与图3所示的6喷嘴布局有关。由于喷嘴过少，喷出的引射流无法均匀填充混合室；且由于喷嘴直径大，所喷出的引射流较宽，易与较近喷嘴喷出的高速引射相互干扰汇合，合成为一大股高速气流，难以与低压吸入流掺混，降低了混合效率；高速引射流在混合室有限长度内集中于混合室中心，无法扩散到整个混合室区域，致使引射流能量无法有效传递给低压吸入流，造成混合效果差、引射比低。此外，由于外圈喷嘴数目较少，在距喷嘴较远的混合室壁面处还易出现涡流，降低混合室有效面积，影响引射性能。

平塘县稻作区多丘陵山区，有较宽广的河谷地或盆地，阳光充足，水源较为方便，较适于杂草生长，主要草种有鸭舌草、牛毛草、稻稗、异型莎草、矮慈姑、青萍、眼子菜等20余种。实施稻鸭共育项目后，项目区杂草经鸭采食和踩踏，放鸭后40天左右，已基本无杂草，除草效果明显。另外，鸭的活动大大改善了稻田土壤的透气性，减轻了有毒物质的生成和危害，促进水稻根系的生长，从而利于水稻生长发育。

  

图16 不同长径比下混合室出口速度矢量图Fig.16 Outlet velocity vector graphs of different aspect ratio

对表1中1～3组所示的引射器进行仿真计算，研究在相同长径比、面积比条件下，喷嘴数量对引射器引射性能的影响。图6和图7分别为4s内引射器混合流量和引射流量变化曲线。

3.3 混合室面积比对引射器性能的影响

表1中16～19组所示的18喷嘴不同面积比下引射器4s内引射比变化曲线如图17所示。由引射流量不随背压变化而改变，故图17中引射比随背压变化规律与图11中混合流量一致：面积比较低时，吸入流量与引射比随背压变化不大，随着面积比提高，背压增大使吸入流量与引射比降低，且面积比越大，吸入流量与引射比随背压增大而降低的幅度也越大。

  

图17 不同面积比下引射比变化曲线Fig.17 Entrainment ratio curves of ejectors with different area ratio

仿真结果中，在2.8s之前，即背压小于6kPa（G）时，12喷嘴、18喷嘴引射器引射比与面积比呈正相关。随后，18喷嘴引射器与面积比不呈正相关关系。4s时，背压达到8.6kPa，面积比为 66、103、183、300 时，12 喷嘴引射器引射比为1.45、1.92、2.32、2.49，18喷嘴引射器引射比为1.74、1.73、2.15、2.02，出现提高面积比引射性能降低的现象。这说明面积比与引射器背压共同影响引射器性能。在背压较低时，增大面积比能够有效提升引射器性能。提高背压值，使增大面积比所提高的引射比幅度降低。在背压提高到一定值后，提高面积比反而会使引射比降低，恶化引射性能。这一方面是由于随着背压增大，吸入流阻力随之增大，吸入流量降低造成引射比下降；另一方面随着背压值的提高，混合室出口壁面处流速较低，易出现回流现象，降低引射性能。

4s时，12喷嘴引射器混合室出口速度矢量图如图18所示，从上到下分别对应面积比为66、103、183和300的引射器。图18中，逐步提高面积比，使得引射器混合室出口混合流速趋于均匀，这是由于混合室与喷嘴流通面积比的提高，增加了吸入流的流通面积，提高了引射流与吸入流间的掺混面积；同时也降低了各喷嘴间引射流的相互干涉，提高了混合效率。

综上，面积比与背压共同影响引射器引射性能。提高面积比能够有效改善混合室内吸入流与引射流间的混合情况，但最优面积比随背压改变而改变。低背压时，大面积比引射器吸入流流通面积大，提高了与引射流掺混效果，引射比效大；随着背压提高，吸入流阻力的增大，混合室出口壁面开始出现回流，最优面积比降低；随着背压继续提高，最优面积比逐步降低，相对于大面积比引射器，小面积比引射器将拥有更优的引射性能。因此，引射器设计应根据滑梯应急充气气筒的背压要求确定最优面积比使系统引射性能最佳。

秦淮河水环境的改善不可能一蹴而就，需要经过一个较长时间的治理过程。围绕工业、农业、生活等污染综合治理，按照“引排分开、清污等污染综合治理，按照”引排分开、清污分流“的原则，必须一手抓好应急治理，一手抓好长效管理，巩固治污成果，避免重复建设和资金、资源的大量浪费。

  

图18 12喷嘴引射器各面积比下混合室出口速度矢量图Fig.18 Outlet velocity vector graphs of 12-nozzles ejectors with different area ratio

4 结论

通过研究，可以得出以下结论：

（1）本文研究的径向吸气引射器，喷嘴数从6提高至12，引射比提高了18%。喷嘴数继续提高到18，引射比略有降低。适当提高喷嘴数可以改善引射器引射性能，但过多的喷嘴数将会导致引射流间的相互干涉汇合，降低引射流与吸入流掺混效率，从而降低引射性能。

（2）引射比与混合室长径比呈正相关变化。本文研究中的引射器，其长径比从2提高到5，引射比提高30%左右。在满足重量和尺寸的要求下，可以提高长径比以提高引射性能。

（3）面积比与引射器背压共同影响引射器引射性能。本文研究的12喷嘴径向吸气引射器，在8.6kPa背压下，面积比由66提升至300，引射比提高70%，达到2.49，影响十分显著。在背压一定时，存在最优的面积比使得引射性能最优。随着背压的提高，由于增加了吸入流的阻力及回流现象，最优面积比则会随之降低。

在本文研究中，混合室结构尺寸对引射器引射流量几乎没有影响，引射流量与喷嘴结构尺寸关系密切。此外，通过观察引射器出口速度云图，径向吸气引射器混合室中心混合流量速度较高，混合不够均匀，后续研究工作将改变对改变吸气方式的轴向吸气引射器进行仿真研究，以改善混合室中部混合较差的问题。

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