喷射式热交换器设计计算

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1、第四篇混合式热交换器设计计算第二章喷射式热交换器设计计算第一节喷射式热交换器的一般问题喷射式热交换器是一种以热交换为目的的喷射器�它和其他喷射器一样�是使压力、温度不同的两种流体相互混合�并在混合过程中进行能量交换的一种设备。按照被混合的流体的不同�喷射式热交换器中可以是汽—水之间的热交换�水—水之间的热交换�汽—汽之间的热交换等等。图!"#是喷射式热交换器的原理图。它的主要部件有�工作喷管、引入室、混合室和扩散管。图!"#喷射式热交换器原理图!—工作喷管�"—引入室�#—混合室�$—扩散管压力较高的流体称工作流体。工作流体通过喷管的膨胀�使其势能转变为动能�以很高的速度从喷管喷出�并将压力较

2、低的流体�称被引射流体�卷吸到引入室内。工作流体把一部分动能传给被引射流体�在沿喷射器流动过程中�工作流体与被引射流体混合后的混合流体的速度渐趋均衡�动能相反地转变为势能�然—&%$—第二章喷射式热交换器设计计算后送给用户。喷射式热交换器和其他各种喷射器一样�其中所发生的过程可用以下三个定律描述��!�质量守恒定律!"#!$%!&�’(!�或!"#�!%"�%!$式中!$———工作流体的质量流量�)"*+�!&———被引射流体的质量流量�)"*+�!"———混合流体的质量流量�)"*+�"———喷射系数�"#!&*!$。�’�能量守恒定律#$%"#&#�!%"�#"�’(’�式中#$———喷射

3、器前工作流体的焓�),*)"�#&———喷射器前被引射流体的焓�),*)"�#"———喷射器后混合流体的焓�),*)"��-�动量定理动量的增量等于冲量�对于不同形状的混合室�动量定理可分别写成不同的形式�它们的表达式将在后面分别描述。根据工作流体与被引射流体相互作用的性质和条件�在喷射器里要产生一系列只属于一定类型喷射器所特有的附加过程�于是针对某一特定型式的喷射式热交换器�在计算时应作具体的考虑。从这一点出发�可将喷射式热交换器分成��!�工作流体和被引射流体在混合前处于不同相态�在混合过程中一种流体的相态发生改变�如汽—水喷射式热交换器及水—汽喷射加热器��’�工作流体和被引射流体的相态

4、相同�如水—水喷射式热交换器和汽—汽喷射式热交换器。喷射式热交换器的优点是在提高被引射流体的压力的过程中不直接消耗机—/$.—第四篇混合式热交换器设计计算械能�结构简单�与各种系统连接方便�因而在工程上有着广泛的应用。例如水一水喷射式热交换器可将高温水与部分低温水混合�得到一定温度的混合水�供室内采暖。汽—汽喷射式热交换器用来提高低压废汽的压力�使工业废汽得到回收�在凝结水回收系统中可借助于它使二次蒸汽得以利用。此外�汽—水喷射式热交换器和水—汽喷射式热交换器都可作为一种紧凑的冷凝器来使用�尤其是水—汽喷射热交换器�用在制糖、乳品加工等工业企业中�不仅可使蒸发装置的二次蒸汽冷凝�还可借助于它造

5、成真空并排除少量的不凝性气体。第二节汽—水喷射式热交换器一、构造与工作原理汽—水喷射式热交换器的喷管多做成渐缩渐扩喷管�混合室为圆筒形�如图!"!所示。压力!#的工作蒸汽�从位于混合室前某一距离的喷管中绝热膨胀后�以很高的流速"$�喷射出来�卷吸周围的被引射水。当蒸汽和水的温差足够大的时候�可认为蒸汽在进入混合室之前完全被凝结在被引射水中�同时使被引射水温从#%提高到#&。在混合室入口处�水的速度场很不均匀�经过混合室使混合水的流速得到均衡�达到"’。并使压力从混合室入口压力!!升到混合室出口压力!’�再经过扩散管�混合水压力升高到!&流出。二、特性方程式对于图!"!中用虚线围起来的那部分来说

6、�质量守恒方程式与能量守恒方程式与式�!"(�、式�!"!�相同�但对汽一水喷射器�能量守恒方程式�!"!�还可写成�$#)%&#%*�()%�&#&�!"’�式中&———水的比热�+,�-+&・.��—0#/—第二章喷射式热交换器设计计算图!"!汽—水喷射式热交换器工作原理!#———在喷射器前被引射水的温度�$�!%———在喷射器后混合水的温度�$。动量方程式可写成如下形式�"&’�()#�$!%)%*�!"+�式中%*———工作蒸汽在喷管出口处的流速�,-.��%*�’!�(%*�/%*�%*�/———绝热流动的蒸汽速度�,-.�%#———喷管出口截面上�被引射水流过环形截面处的流速�,-

7、.�%0———混合室出口截面上混合水的流速�,-.�———喷管出口截面积�,!�&1———被引射水流通过喷管出口截面处的环形截面积�,!�&#———圆筒形混合室的截面积�,!�&0’*———喷管出口工作蒸汽的绝对压力�1/�’#———被引射水在引入室的绝对压力�1/�—+&2—第四篇混合式热交换器设计计算!!———混合室出口处混合室的绝对压力�"#�!$、!%———考虑到流体在喷管和混合室中流动时