【论文精选】可调节喷射泵运行特性的仿真研究
原创
吴有富，等
煤气与热力杂志
煤气与热力杂志
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GAS-HEAT1978
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吴有富，王海，杨光
.
可调节喷射泵运行特性的仿真研究
［J］.
煤气与热力，
2021，41（3）
：A25-A28.
根据清华大学建筑节能研究中心与国际能源署（
IEA
）联合发布的
2017
年《中国区域清洁供暖发展研究报告》，中国的集中供热系统运行效率总体比较低，过度供暖和管网热损失占热力生产总量约
20%
。要减少过度供暖和不必要的管网热损失，必须实现管网水力平衡。
为实现水力平衡，供热系统采用了平衡阀、分布式循环泵和可调节混水喷射泵等措施。平衡阀的控制效果与其工艺水平关系密切。分布式循环泵不仅具有优异的水力平衡效果，而且消除了节流损失
［
1
］
，但需要配置的分布式循环泵也比较多。在二级管网中采用可调节混水喷射泵，不仅可实现较好的水力平衡效果，而且成本比较低。尹鹏等人
［
2
］
采取实验方法，分析了工作压力、供热系统阻力对喷射泵供热系统运行特性的影响。工程案例表明，喷射泵供热系统在显著改善用户供暖品质的同时，平均节电率达
32.7%
，节热率可达
12.5%
［
3
］
。
尽管文献对喷射泵的特性已经有很多相关报道，包括较成熟的
水力计算模型
［
4
］
和基于
CFD
的模拟研究
［
5
］
，但是喷射泵与管网相结合的仿真研究还鲜有报道。本文建立喷射泵数学模型，采用面向对象方法
［
6
］
对可调节喷射泵在管网中的运行特性进行模拟研究。
可调节喷射泵结构见图
1
。可调节喷射泵比固定喷嘴式喷射泵增加了调节机构，实现喷嘴出口截面积调节。高压工作流体在喷嘴中被加速，直至喷嘴的末端，达到最大速度，在吸入室内形成低压，引射流体被不断引射进入吸入室。两股流体在混合室进行动量和能量交换，直到混合室出口，两股流体的速度和压力逐渐趋于一致。随后，混合流体进入扩压管，进行动能和势能的转换，最后流出喷射泵。
采用可调节喷射泵的供热系统见图
2
。可调节喷射泵将热源出水作为工作流体，并引射部分热网回水，两者混合后作为热网供水。热源出水压力为
p
s
，定压点压力为
p
r
。热源出口至可调节喷射泵管段
1001
、可调节喷射泵至用户管段
1002
、用户至引射管（
1005
）管段
1003
、引射管至热源进口管段
1004
的长度均为
200 m
，内直径均为
200 mm
。将引射管
1005
视为一根很短的连接管道，忽略沿程阻力、局部阻力，内直径为
200 mm
。管子内壁粗糙度设定为
0.1 mm
，局部阻力按沿程阻力的
30%
折算。不考虑水温度的影响，将水密度设定为
1 000 kg/m
3
。
可调节喷射泵的速度系数φ
1
~
φ
4
分别取
0.950
、
0.925
、
0.900
、
0.975
。设定热源出水压力（绝对压力）
p
s
为
850 kPa
，定压点压力（绝对压力）
p
r
为
500 kPa
，用户阻力为
60 kPa
。可调节喷射泵的混合室面积
A
3
为
1 667.8 mm
2
，喷嘴出口最大截面积为
826.2 m
m
2
。
由于混合室面积
A
3
不变，因此喷嘴出口截面积的变化可由喷嘴出口截面积
A
1
与混合室面积
A
3
之比（本文称为面积比）表征。面积比为
0.242
时，混水比、压差比、工作流体质量流量随用户阻力的变化分别见图
3~5
。由图
3
可知，混水比随着用户阻力的增大而减小。当用户阻力超过
125 kPa
后，热网回水无法被可调节喷射泵引射，可调节喷射泵失去混水作用，混水比为
0
。由图
4
可知，压差比随用户阻力的增加基本呈线性增加。这说明当用户阻力增加时，可调节喷射泵能够一定程度上保证用户的供水压力。由图
5
可知，用户阻力增大时，工作流体质量流量保持不变。
面积比为
0.242
时，混水比、压差比、工作流体质量流量随热源出水压力的变化分别见图
6~8
。由图
6
可知，混水比随热源出水压力的增大而增大。当热源出水压力低于
660 kPa
后，可调节喷射泵无法正常工作。当热源出水压力增至
1 550 kPa
时，接近最大混水比。由图
7
可知，压差比随热源出水压力的增大而减小。当热源出水压力增大到
1 550 kPa
时，压差比降至
0.092
，这说明可调节喷射泵能在一定程度上减小热源出水压力变化对混合流体出口压力的影响。由图
8
可知，工作流体质量流量随热源出水压力的增大基本呈线性增加。
混水比、压差比、工作流体质量流量随喷嘴出口截面积的变化分别见图
9~11
。由图
9
可知，混水比随面积比的增加先迅速增加后缓慢减小。面积比小于
0.1
时，喷嘴几乎关闭，混水比接近
0
。面积比约
0.2
时，混水比达到最大值
1.09
。面积比大于
0
.
2
时，混水比逐渐减小，面积比达到最大时，混水比降至
0
.
5
。由图
10
可知，压差比随面积比的增大而增大。当面积比达到最大时（
0
.
495
），压差比为
0
.
23
。由图
11
可知，工作流体质量流量随面积比的增大呈线性增加。
①用户阻力增大时，混水比减小，压差比基本呈线性增加，工作流体质量流量保持不变。
②热源出水压力增大时，混水比增大，压差比减小，工作流体质量流量基本呈线性增加。
③喷嘴出口截面积增大时，混水比先迅速增加后缓慢减小，压差比增大，工作流体质量流量呈线性增加。
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