大气喷射器喷嘴渐扩段参数耦合机理分析.pdf

·１４·２０２５年第２期

大气喷射器喷嘴渐扩段参数耦合

机理分析

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沈珊杨超李金科危博

（１－中核霞浦核电有限公司，福建宁德３５５１００；２－上海阿波罗机械股份有限公司，上海２０１４９９；

３－兰州理工大学能源与动力工程学院，兰州７３００５０）

摘要：大气喷射器结构参数对其性能影响极其敏感，为进一步揭示结构参数对大气喷射器的耦合影响机理，采用数值模拟

与正交试验法，探讨了拉法尔喷嘴渐扩段结构参数对超声速大气喷射器性能的影响机理。研究发现，喷嘴喉径是喷射器壅

塞状态的关键因素，双壅塞状态临界点时喷嘴喉径最优；喷嘴出口直径影响喷射器膨胀状态，完全膨胀状态时性能最佳；

喷嘴渐扩段角度影响射流动能耗散与工作流量，两者对喷射器性能作用达到平衡时角度最优。喷嘴出口直径为完全膨胀状

态参数时，射流动能耗散小，卷吸流体能力强，因此完全膨胀状态下，喷嘴喉径较小、喷嘴渐扩段角度较大时喷射器性能

更佳。但是在单壅塞状态时，引射系数随着渐扩段角度的增大而减小。研究结果为大气喷射器设计优化提供了一定的理论支撑。

关键词：喷射器拉法尔喷嘴激波膨胀状态

中图分类号：ＴＨ３８文献标识码：Ａ

喷射器作为一种利用超声速射流输运气体的真分布，射流边缘湍流度增大，剪切层厚度增加，从

空设备，具有无转子部件、无需额外动力源、结构而提升了射流卷吸引射流体的能力。ＣＨＥＮＬｉ

［９］［１０］

紧凑等诸多优点，被广泛应用于石化、煤矿、制冷等、ＹＩＮＢｉｆｅｎｇ等提出在缩放喷嘴周围增加

及核电领域内，尤其在航空航天推进剂的抽空制一层渐缩喷嘴结构，调整射流周围剪切层，平缓射

冷、电力领域液环泵转子的抗汽蚀改造及其他国家流激波，进而提升引射系数。喷射器内流场理论方

重大需求领域内发挥着重要作用。但喷射器内存在面，ＴＡＮＧＹｏｎｇｚｈｉ等［１１－１２］提出了双壅塞理论，

高速复杂流场结构，其水力损失大且性能提升困对喷射器工作状态进行了总结，当喷射器处于双壅

难。因此，揭示喷射器内流场结构及改善喷射器水塞状态临界点时性能最优。张国玉［１３］、ＬＩＨｅ

力性能已成为相关领域研究者关注的热点。等［１４］对喷射器喷嘴出口膨胀状态进行讨论，欠膨

目前，针对喷射器喷嘴结构对喷射器性能及内胀状态时混合室壁面附近的流动分离涡大导致喷射

流场造成影响的研究已有一定基础，付维娜等［１］、器引射性能较低，此外，过膨胀状态时喷射器内熵

于耀［２］［３］损失较少，喷射器引射系数最高。

、傅冠烨分析了喷嘴出口直径对喷射器

的影响，发现喷嘴出口直径处于一定范围内时，射喷嘴是喷射器产生高速射流的关键构件，其结

流激波损耗减弱，喷射器卷吸流体能力较强。于文构参数对喷射器性能有着显著的影响。为进一步揭

［４－７］示喷射器喷嘴渐扩段几何参数间的耦合机理，利用

艳、吴爱华、ＺＨＡＮＧＺｉｘｕａｎ、孙浩林等分析

了喷嘴渐扩段长度对喷射器的影响，发现喷嘴渐扩数值模拟方法对大气喷射器喷嘴几何参数进行正交

段角度存在一定影响，但是其影响机理尚不明确。试验分析，基于数值模拟结果分析喷嘴渐扩段参数

吴爱华、于耀等分析了喷嘴喉部直径对喷射器的影对性能的耦合机理。

响，发现喷嘴喉部直径对双壅塞状态与工作流量起

１喷射器数