石灰窑喷射器的数值模拟

喷射器是利用从喷嘴（1384规格7223）喷出的高速介质，吸引并带动另一种介质运动的装置。在这种装置里，不同压力的两股流体相互混合，并发生能量交换，形成一般居中压力的混合流体。提高流体的压力而不直接消耗机械能是喷射器的根本特点，由于喷射器结构简单，维修费用少，对被抽介质无严格要求，加之抽气量大，工作压力范围宽，因此在国外石油化工、冶金和制冷等领域得到了广泛应用。

一.喷射器结构特点

喷射器一般由喷嘴、吸入室、混合管、喉管和扩散管五部分构成，在喷射管器内，高压流体通过喷嘴（1384规格7223）将其压力能转变为动力能，在喷嘴的出口形成低压区卷吸低压流体，进入混合管后形成单一均匀的混合流体，此混合流体扩散管的降速增压之后被排出喷射器外。

尽管喷射器结构简单，在实际生产中应用广泛，但是由于喷射器内部流场非常复杂，以及喷射器内部气流的碰撞，粘性干扰、超音速流动、分离涡、激波等物理现象的综合作用，使得研究及提高其喷射效率的难度很大，目前仍主要依赖实验及一些半经验公式对其进行设计分析。今年，随着计算流体力学和电子计算机的发展，使得用数值方法研究喷射器内部流场和变工况特性成为了可能。

在石灰生产工艺中，生石灰在石灰窑内经过1000~1100℃高温煅烧后生成熟石灰，此反应为吸热反应，煅烧过程需要燃烧系统提供大量的热量。而喷射器是燃烧系统中一个非常重要的装置。采用喷射器，可以利用高压空气将厂内富余的高温空气抽吸至燃烧室参与燃烧，同时提高了高温空气进入燃烧室的压力，克服了普通输送装置所面临的高温和高压问题，达到节能减排，提高能量利用率的目的。

二.数值模拟结果与分析

1.     改造前喷射器负责为燃烧系统提高助燃空气，炉内为微正压，喷射器的原始结构参数为该厂石灰窑设计单位提供的数据。因此本文先对喷射器的原始结构在出口压力为0Pa时的工作性能进行模拟。

2.     模拟结构验证

喷射器的喷射效果以喷射系数来衡量，其含义为在一定操作条件下，单位工作流体通过喷射器时能抽吸的引射流体量，在数值上等于引射流体的质量流量与工作流体质量流量之比。

三.改造后喷射器模拟结果与分析

在喷射器的使用过程中发现，原始结构的喷射器在出口压力较低的工况下，其喷射系数不如其他结构的喷射器高，因此有必要在原有结构的基础上，依据喷射器工作原理和设计计算方法对喷射器进行改造，寻找在较低出口压力的工况下喷射器的较优结构参数。

三种喷射器的喷射系数均随着出口压力的增加而下降，出口压力对喷射器的喷射效果影响很大。喷射器只能在一定的背压范围内工作，一旦超出这个范围，就可能导致设备工作条件恶化而无法工作。

在相同的进出口压力条件下，喷射器出口速度越大，其喷射系数越大。

四.结论

在不同结构和出口条件下喷射器的流场特性及工作特性，结果表明。

1.     出口压力对喷射器的喷射效果影响很大，且喷射器只能在一定的背压范围内工作，一旦超出这个范围，就可能导致设备工作条件恶化而无法工作。

2.     相同进出口压力条件下，高速射流的射程越大，并不代表该结构的喷射能力越强。

3.     相同进出口压力条件下，喷射器出口速度越大，其喷射系数越大，喷射能力越强。