多级喷射器特性及工程应用基础研究
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摘要
喷射器的研究与应用虽然已有100多年的历史，但对于出口流体与工作流体压差要求很小的
情况，现有的喷射器是无法实现的。本文突破了多级串联必须从级间抽走部分介质这一观念的束
缚，对具有重要应用价值的多级串联喷射器，从理论基础和实际应用两个角度，进行了研究探讨。
本文首先建立了一套以空气为介质的多级串联喷射器实验台，然后从理论和实验两个角度
对多级喷射器系统进行了较为全面的研究，开展的工作和所得的结论主要有：
第一，结合现有的喷射器研究成果，推导了反映全压缩比与喷射系数之间相互关系的基本
方程，并对其各种极限状态进行了较为详细的分析。
第二，对设计方法进行了一定的摸索，主要得到了设计点宜取下限的选定原则；串联级数
的确定方法；全压缩比不均匀分配的实用原则；各级喷射器类型的选定方法等。
第三，探讨了它的安装调试维护管理基础，主要是对收缩喷嘴的射流特征及其在喷射器中
的最佳位置的确定方法进行了研究；同时根据实验结果，结合文献资料对拉瓦尔喷嘴的最佳位
置的确立方法进行了完善。
第四，以大量的实验为依据，提出并讨论了两个喉径匹配试验时的“中间迟钝区”现象，
对其成因进行了初步的分析，同时给出了这一现象出现时机的简易判据。
第五，利用多种条件下的实验结果，重点分析了全压缩比与喷射系数的对应关系，得出了
多级喷射器具有与单级喷射器完全相似的变化规律，即在一定范围内，随着全压缩比的下降，
其喷射系数会缓慢地增加。
第六，结合相应的实验结果，讨论了多级喷射器的其它有关问题，主要包括：管路的大小
和光洁度，引射口的大小和方向，喷嘴的出口大小和安装的同心度，以及工作流体和环境温度
等因素，对多级喷射器性能的影响情况。
在完成上述工作的同时，本文还进行了具体的工程应用研究探讨。受国家天然气总公司和
辽河油田的委托，我们承接了“利用天然气回收高架罐油挥发气”的工程项目。该项目要求混
合气与天然气的压差很小，远远超出了目前喷射器所能达到的范围，同时如果采用多级则不允
许从级间引走部分介质，使得后面各级的引射量相对很大，这样的多级串联迄今为止尚未见过
应用和研究报导。我们根据自己的研究成果，设计了一套专用的多级串联喷射器系统，成功地
解决了这一工程难题。
通过本文的研究，初步达到了以下目的：解决了喷射器研究应用中出现的新问题；提出了
多级串联喷射器的一些相关理论；提供了具体的设计方法；给出了安装调试的实施过程和管理
使用中的注意事项等等，进一步拓宽了喷射器的应用领域。
The history of ejectors has been more than 100 years. It can抰 be designed when the
pressure difference between the power fluid and the back fluid is too less. The series
ejectors from which no fluid should be taken out were designed. It has been applied in
the big tanks extraction system and obtained favorable effect.
An experimental device was set up, and the series ejectors were studied
systematically in fundamental theory, design, installation, adjusting, property
parameters etc. It includes several aspects as follows: (1) The basic equations of series
ejectors were derived. (2) The analysis of the limit states was made for the series
ejectors. (3) The design theory of the series ejectors was established, such as the
decision of series, distribution of the total compression ratio, and the choice of the
ejectors?type, etc. were settled. (4) The optimal position of the converging nozzle and
converging-diverging nozzle in the ejectors was discussed. (5) An phenomenon of
iddle bluntness region?was found in the matching between the throat diameters of
the nozzle and the amplifying pressure pipe. Which was discussed primarily.
The author also did the work of the engineering application. According to the
situation of the natural gas wells and the volatilization of the high-frame tanks in the
Liaohe Oil Field, the author designed a set of series ejectors which used the natural gas
to pump the oil-gas volatilizing from the high-frame tanks. The difficulty is that not
only the pressure difference between the working gas and mixed gas is less than
0.IMpa, but also any fluid can be drawn out from the ejectors.
he following results were obtained by the author study. The new problems
were settled in the application of the ejectors. The theory of the series ejectors used for
special conditions was established. The design method was provided for the series
ejectors. Moreover suggestion was put forward for the installation, adjusting, and the
management. So the application filed of the ejectors was more widened.
情况，现有的喷射器是无法实现的。本文突破了多级串联必须从级间抽走部分介质这一观念的束
缚，对具有重要应用价值的多级串联喷射器，从理论基础和实际应用两个角度，进行了研究探讨。
本文首先建立了一套以空气为介质的多级串联喷射器实验台，然后从理论和实验两个角度
对多级喷射器系统进行了较为全面的研究，开展的工作和所得的结论主要有：
第一，结合现有的喷射器研究成果，推导了反映全压缩比与喷射系数之间相互关系的基本
方程，并对其各种极限状态进行了较为详细的分析。
第二，对设计方法进行了一定的摸索，主要得到了设计点宜取下限的选定原则；串联级数
的确定方法；全压缩比不均匀分配的实用原则；各级喷射器类型的选定方法等。
第三，探讨了它的安装调试维护管理基础，主要是对收缩喷嘴的射流特征及其在喷射器中
的最佳位置的确定方法进行了研究；同时根据实验结果，结合文献资料对拉瓦尔喷嘴的最佳位
置的确立方法进行了完善。
第四，以大量的实验为依据，提出并讨论了两个喉径匹配试验时的“中间迟钝区”现象，
对其成因进行了初步的分析，同时给出了这一现象出现时机的简易判据。
第五，利用多种条件下的实验结果，重点分析了全压缩比与喷射系数的对应关系，得出了
多级喷射器具有与单级喷射器完全相似的变化规律，即在一定范围内，随着全压缩比的下降，
其喷射系数会缓慢地增加。
第六，结合相应的实验结果，讨论了多级喷射器的其它有关问题，主要包括：管路的大小
和光洁度，引射口的大小和方向，喷嘴的出口大小和安装的同心度，以及工作流体和环境温度
等因素，对多级喷射器性能的影响情况。
在完成上述工作的同时，本文还进行了具体的工程应用研究探讨。受国家天然气总公司和
辽河油田的委托，我们承接了“利用天然气回收高架罐油挥发气”的工程项目。该项目要求混
合气与天然气的压差很小，远远超出了目前喷射器所能达到的范围，同时如果采用多级则不允
许从级间引走部分介质，使得后面各级的引射量相对很大，这样的多级串联迄今为止尚未见过
应用和研究报导。我们根据自己的研究成果，设计了一套专用的多级串联喷射器系统，成功地
解决了这一工程难题。
通过本文的研究，初步达到了以下目的：解决了喷射器研究应用中出现的新问题；提出了
多级串联喷射器的一些相关理论；提供了具体的设计方法；给出了安装调试的实施过程和管理
使用中的注意事项等等，进一步拓宽了喷射器的应用领域。
The history of ejectors has been more than 100 years. It can抰 be designed when the
pressure difference between the power fluid and the back fluid is too less. The series
ejectors from which no fluid should be taken out were designed. It has been applied in
the big tanks extraction system and obtained favorable effect.
An experimental device was set up, and the series ejectors were studied
systematically in fundamental theory, design, installation, adjusting, property
parameters etc. It includes several aspects as follows: (1) The basic equations of series
ejectors were derived. (2) The analysis of the limit states was made for the series
ejectors. (3) The design theory of the series ejectors was established, such as the
decision of series, distribution of the total compression ratio, and the choice of the
ejectors?type, etc. were settled. (4) The optimal position of the converging nozzle and
converging-diverging nozzle in the ejectors was discussed. (5) An phenomenon of
iddle bluntness region?was found in the matching between the throat diameters of
the nozzle and the amplifying pressure pipe. Which was discussed primarily.
The author also did the work of the engineering application. According to the
situation of the natural gas wells and the volatilization of the high-frame tanks in the
Liaohe Oil Field, the author designed a set of series ejectors which used the natural gas
to pump the oil-gas volatilizing from the high-frame tanks. The difficulty is that not
only the pressure difference between the working gas and mixed gas is less than
0.IMpa, but also any fluid can be drawn out from the ejectors.
he following results were obtained by the author study. The new problems
were settled in the application of the ejectors. The theory of the series ejectors used for
special conditions was established. The design method was provided for the series
ejectors. Moreover suggestion was put forward for the installation, adjusting, and the
management. So the application filed of the ejectors was more widened.
引文
[1]《喷射器》苏联索科洛夫、津格尔著，黄秋云译。科学出版社。1977。
[2]《射流泵技术的理论及应用》 陆宏圻著。水利电力出版社。1989。
[3]《气体动力学》 林兆福编。北京航空航天大学出版社。1988。
[4]《提高油扩散泵最大出口压强的理论分析》 徐成海。《真空》，1982年第4期。
[5]《油蒸汽流泵的临界前级压力及扩压器喉部直径的计算》 夏正勋。《真空》，1993年第4期。
[6]《油蒸汽流泵的抽速及喷嘴几何尺寸计算的探讨》夏正勋。《真空》，1987年第1期。
[7]《油蒸汽流泵喷嘴的实际抽速及何氏系数计算的探讨》 夏正勋。 《真空》，1988年第4朋。
[8]《扩散泵蒸汽流的理论分析与计算》 姚民生。 《真空》，1983年第3期。
[9]《扩散泵抽气特性计算的理论模型》 杨乃恒。 《真空》，1982年第4期。
[10]《关于提高凸腔油扩散泵抽气性能的理论分析与计算》姚民生。《真空》，1984年第5期。
[11]《油蒸汽流泵的返流及其对抽速和极限压力影响的探讨》 夏正勋。《真空》，1991年第2期。
[12]《气体引射器的一维流动特性计算及优化设计》姜正良、吴万敏。《气体动力学学报》，1995年第4期。
[13]《一维非定常管流自由开口端边界条件的确定》 张哲元、Gottlieb,j.j. 。《气体动力学学报》，1987年第2期。
[14]《流体力学基础》朱一锟主编。北京航空航天大学出版社。1990。
[15]《热泵用蒸汽喷射器的研究》 邹久朋。硕士学位论文。大连：大连理工大学，19900。
[16]《蒸汽喷射式热泵及喷射器的性能研究与结构CA》 夏远景。硕士学位论文。大连：大连理工大学，1998。
[17]《舰船运动阻力分析》海军舰艇机电教材。海军司令部，1981。
[18]Turbulent jetsin ducted streams. Hill, P.G.J Fluid Mech. v22 1965
[19]Turbulentjets.Rajaratnam,N 1981
[20]Mixing of the Confined Jet of Mist Flow.Masafumi NAKAGA-WA. Toshiyuki MATUMI. JSME International Journal. Series B.v39 1996
[21]Performance tests of a two phase ejector, arrel,Greys. Pro Intersoc Energy Convers Eng Conf. v3 1995
[22]Geometrically and thermally non-optimum ejector heat pump analysis. Lu. Kuen-Tzong: Kou hong-Sen:Lan Ting-Hsien. Energy Convers Manage. v34 Dec 1993
[23]Optimal coupling and feasibility of a solarpowered years-round ejector air conditioner. M. Sokolov and D.Hershgal. SolarEngery Convers Eng Conf.V50 1993
[24]Experimental investigation of ejector performance characteristics in a jet refrigeration system. Huang Meng-cheng.J Chin Inst Chem Eng. v27, May 1996
[25]Gas production improvements using ejectors. Green. A.J.Aaston. Kerin.Offsshore Europe 93 ,1993
[26]Schoonebeek oilfield. The RW-IE high pressure steam injection project,Rev Inst Fr Pet ,Jan-Feb 1990
[27]Experiments with a small injected raigun, Sadedin. D.R. Rep Mater Res Lab Aust,Jun 1987
[28]Experimental investigation of confined turbulent jets. Patti. Single-phase data, L.D. AIAA J, Nov 1989
[29]Gas mixing with jet compressors: A study of design,performance and application. C.W.Warner, GAS.50, Sep 1954
[30]Gas Jet Compressors. George R. Fletcher. Petroleum Refinder. 107, Feb 1954
[31]Steam Jet Ejectors: Their Uses and Adventages.D.H. Jackson. CEP. 77,July 1976
[32]Getting steamed up about ejectors. Equipment. Process Engineering. 51, Jan 1983
[33]An Experimental Investigation of the Use of Supersonic Driving Jets for Ejector Pumps. R.V. DELEO, R.E. ROSE, R.S. DART. Transactions of the ASME. 204,Apr 1962
[34]A Simple Air Ejector. J.H. KEENAN, E.P. NEUMANN.JOURNAL OF APPLIED MECHANICS. A-75, Jun 1942
[35]Optimum Performance for a Single-Stage Gaseous Ejector. GEORGE EMANUEL. AIAA JOURNAL. vI4, Sep 1976
[36]Investigation of air driven ejectors at elevated temperatures. I OWEN.ImechE,167, Sep 1983
[2]《射流泵技术的理论及应用》 陆宏圻著。水利电力出版社。1989。
[3]《气体动力学》 林兆福编。北京航空航天大学出版社。1988。
[4]《提高油扩散泵最大出口压强的理论分析》 徐成海。《真空》，1982年第4期。
[5]《油蒸汽流泵的临界前级压力及扩压器喉部直径的计算》 夏正勋。《真空》，1993年第4期。
[6]《油蒸汽流泵的抽速及喷嘴几何尺寸计算的探讨》夏正勋。《真空》，1987年第1期。
[7]《油蒸汽流泵喷嘴的实际抽速及何氏系数计算的探讨》 夏正勋。 《真空》，1988年第4朋。
[8]《扩散泵蒸汽流的理论分析与计算》 姚民生。 《真空》，1983年第3期。
[9]《扩散泵抽气特性计算的理论模型》 杨乃恒。 《真空》，1982年第4期。
[10]《关于提高凸腔油扩散泵抽气性能的理论分析与计算》姚民生。《真空》，1984年第5期。
[11]《油蒸汽流泵的返流及其对抽速和极限压力影响的探讨》 夏正勋。《真空》，1991年第2期。
[12]《气体引射器的一维流动特性计算及优化设计》姜正良、吴万敏。《气体动力学学报》，1995年第4期。
[13]《一维非定常管流自由开口端边界条件的确定》 张哲元、Gottlieb,j.j. 。《气体动力学学报》，1987年第2期。
[14]《流体力学基础》朱一锟主编。北京航空航天大学出版社。1990。
[15]《热泵用蒸汽喷射器的研究》 邹久朋。硕士学位论文。大连：大连理工大学，19900。
[16]《蒸汽喷射式热泵及喷射器的性能研究与结构CA》 夏远景。硕士学位论文。大连：大连理工大学，1998。
[17]《舰船运动阻力分析》海军舰艇机电教材。海军司令部，1981。
[18]Turbulent jetsin ducted streams. Hill, P.G.J Fluid Mech. v22 1965
[19]Turbulentjets.Rajaratnam,N 1981
[20]Mixing of the Confined Jet of Mist Flow.Masafumi NAKAGA-WA. Toshiyuki MATUMI. JSME International Journal. Series B.v39 1996
[21]Performance tests of a two phase ejector, arrel,Greys. Pro Intersoc Energy Convers Eng Conf. v3 1995
[22]Geometrically and thermally non-optimum ejector heat pump analysis. Lu. Kuen-Tzong: Kou hong-Sen:Lan Ting-Hsien. Energy Convers Manage. v34 Dec 1993
[23]Optimal coupling and feasibility of a solarpowered years-round ejector air conditioner. M. Sokolov and D.Hershgal. SolarEngery Convers Eng Conf.V50 1993
[24]Experimental investigation of ejector performance characteristics in a jet refrigeration system. Huang Meng-cheng.J Chin Inst Chem Eng. v27, May 1996
[25]Gas production improvements using ejectors. Green. A.J.Aaston. Kerin.Offsshore Europe 93 ,1993
[26]Schoonebeek oilfield. The RW-IE high pressure steam injection project,Rev Inst Fr Pet ,Jan-Feb 1990
[27]Experiments with a small injected raigun, Sadedin. D.R. Rep Mater Res Lab Aust,Jun 1987
[28]Experimental investigation of confined turbulent jets. Patti. Single-phase data, L.D. AIAA J, Nov 1989
[29]Gas mixing with jet compressors: A study of design,performance and application. C.W.Warner, GAS.50, Sep 1954
[30]Gas Jet Compressors. George R. Fletcher. Petroleum Refinder. 107, Feb 1954
[31]Steam Jet Ejectors: Their Uses and Adventages.D.H. Jackson. CEP. 77,July 1976
[32]Getting steamed up about ejectors. Equipment. Process Engineering. 51, Jan 1983
[33]An Experimental Investigation of the Use of Supersonic Driving Jets for Ejector Pumps. R.V. DELEO, R.E. ROSE, R.S. DART. Transactions of the ASME. 204,Apr 1962
[34]A Simple Air Ejector. J.H. KEENAN, E.P. NEUMANN.JOURNAL OF APPLIED MECHANICS. A-75, Jun 1942
[35]Optimum Performance for a Single-Stage Gaseous Ejector. GEORGE EMANUEL. AIAA JOURNAL. vI4, Sep 1976
[36]Investigation of air driven ejectors at elevated temperatures. I OWEN.ImechE,167, Sep 1983