⽂丘⾥管射流器的主要性能参数研究
在研究⽂丘⾥管⼯作原理的基础上，提出了确定⽂丘⾥管射流器的主要性能参数：耗⽔量与吸风量的计算⽅法，并通过实验验证了该计算⽅法的正确性，有利于⽂丘⾥管射流器在煤矿降尘⼯作中的进⼀步推⼴。 关键词：引射；吸风量；⽔雾活塞
随着放顶煤⼯艺的逐渐推⼴，放煤⼝成为放顶煤综采⼯作⾯的最⼤产尘源之⼀。放煤时的瞬时粉尘浓度有时可⾼达万余
mg/m3，对作业⼈员的⾝体健康危害性极⼤。喷雾⽅式控制煤矿粉尘是经济的，也是有效的。在适中的喷雾压⼒和较少耗⽔量的情况下，⽂丘⾥式喷雾降尘装置对煤矿粉尘，尤其是呼吸性粉尘的降尘效果⾮常明显[1]。
图1 ⽂丘⾥管⼯作原理⽰意图
1 ⽂丘⾥管射流器的⼯作原理
1.1 ⽂丘⾥管的⼯作原理
如图1所⽰，⾼速⽔流经过⽂丘⾥管的变径后，速度急剧增⼤，压⼒减少，从喷嘴喷出的⽔雾锥体，在直径等于引射管内径后受管壁约束⽽变为圆柱体，此⽔雾圆柱称为⽔雾活塞，随着⽔雾从喷嘴喷出，⽔雾活塞沿引射管⾼速运动并从喷射出⼝⾼速射出，⽔雾锥的后部形成真空，外部空⽓源源不断地从吸⽓⼝吸⼊引射管，这些新吸进的⽓体在引射喷射管内与⽔雾锥碰撞混合，并随⽔雾从喷射⼝喷出，若吸⼊的是含尘⽓体，则粉尘被强制在⽔雾中运动湿润或粘结成较⼤颗粒被喷射出引射管后，很快失去在空⽓中的悬浮能⼒⽽降落下来，从⽽实现降尘的⽬的[2]。 ⽂丘⾥管是利⽤流体在变截⾯管道中流速、压⼒和状态的变化来实现预期的能量转换的⽬的。因为⾼压喷雾并引射含尘空⽓，所以可根据稀颗粒两相流动中的均相流动模型，可把流经⽂丘⾥管的雾流和含尘空⽓假定为均匀、理想的流体，流动过程也是可逆且绝热的[3]。
⽂丘⾥管中的混合流体经过管中变径后，马赫数会有突变，即速度会有很⼤的变化。在喷嘴结构参数
确定的条件下，⽂丘⾥管中的⽔流速度直接影响整个装置的吸风能⼒，所以，有必要进⼀步研究⽂丘⾥管射流器在不同喷嘴开⼝条件下的吸风量与耗⽔量的⼤⼩。
2 耗⽔量及吸风量的理论计算
2.1 耗⽔量的计算[4]
根据薄壁孔⼝流量计算及管嘴流量计算公式：
式中△p——孔⼝前后压差，Pa；
A——孔⼝⾯积，m2ρ——流体的密度，kg/m3；µ——流量系数，与喷嘴出⼝结构有关； q——流量，即耗⽔量，m3/s。可知：喷嘴耗⽔量与孔⼝⼤⼩及孔⼝前后压差有关。
2.2 ⽔流流速的计算[4]
根据理想流体连续性⽅程的推导公式：
式中q——喷嘴耗⽔量，m3/S； d——喷嘴开⼝直径，m； V——⽔流流速，m/s。
将式(1)代⼊式(2)计算出喷嘴流速：
2.3 风速的计算
根据伯努利定理的特殊形式[5]，对于完全⽓体可压缩等熵流，伯努利⽅程变为：
式中γ——⼤⽓温度的直降率，对于双原⼦⽓体γ取1.4；
ψ——体积⼒场的势能，并且它只是空间位置的函数；
ρ——空⽓密度；
V——空⽓流速，根据均相流模型理论，该空⽓流速为喷嘴出⼝⽔流流速[4]；
C——常数。
根据图2所⽰，取A1及A2两断⾯，相对于标准⼤⽓压，取中⼼线为基准平⾯，联⽴伯努利⽅程
图2 模型简图及流体断⾯选取
氯仿沸点因为取管中⼼线为基准，即z为0，所以可得断⾯A2处的风速
式中，V为喷嘴⽔流流速。
麦饭石床垫2.4 吸风量的计算
空气雾化喷嘴将上述所得V2代⼊理想流体连续性⽅程，即可得到吸风量：
A2为接受管截⾯积与喷嘴截⾯积的⾯积差，由式(7)可得出吸风量主要跟喷嘴前后压差、
接受管⾯积、喷嘴结构及开⼝⼤⼩、喷管截⾯积有关。
3 计算举例
以孔⼝直径1.5mm，孔⼝前后压差6MPa为例，由式(1)可计算出耗⽔量为6.96L/min，由式(3)可得断⾯A1⽔流速度为65.7m/s，
由式(5)和式(6)可得断⾯A2处的风速为52.2m/s，由式(7)得吸风量为16.36m3/s(接受管直径为90mm，喷管外径取为38mm)。
4 ⽂丘⾥管射流器的实验研究
4.1 实验系统设计
实验室研究⽂丘⾥管射流器，主要考察2个参数：射流器耗⽔量和吸风量。在引射风量⼀定的情况下，希望耗⽔量越⼩越好，这样不但能节约⽤⽔，还可以减少对废⽔的处理⼯作。
图3 测试系统
实验室测试系统如图3所⽰。该系统中⾼压泵对进⽔加压，经压⼒表及流量计进⼊射流装置的喷嘴，在射流器喷管中以⽔雾活塞形式向外喷出。可以⽤溢流阀调节系统进⽔压⼒的⼤⼩，满⾜实验设计的要求。⽤⽪托管负压计可以测得⽂丘⾥管所产⽣的负压值，进⼀步可以算出⽂丘⾥管吸风量，由流量计可以测得射流器的耗⽔量，计算耗⽔量与吸风量的⽐值，就可以得到⽂丘⾥管射流器的液⽓⽐[6]。
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4.2 实验数据收集
影响⽂丘⾥管射流器吸风量的最重要因素有：供⽔压⼒和喷嘴结构[6]。实验时对3种不同直径的喷嘴进⾏实验：d=1.2mm；
d=1.5mm；d=2.0mm。实验结果如表1所⽰。
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表1 实验系统设计
三相电机保护器从实验数据可知，当喷嘴直径d=1.5mm，压⼒为6MPa时，耗⽔量为7.1L/min，吸风量为16.92m3/min，与举例的计算值很接近，其误差值在4%以内。由实验数据可以得到不同喷嘴开⼝下的耗⽔量、压⼒及吸风量(接受管直径D=90mm)之间的关系曲线如图5所⽰。
图5 耗⽔量、⽔压、吸风量相关曲线图
5 ⼩结
通过对⽂丘⾥管射流器⼯作参数的理论计算，得出在装置结构确定的情况下，吸风量与耗⽔量的计算⽅法，并且通过实验数据的验证，证明该计算⽅法合理可⽤，实验结果表明对于确定结构的⽂丘⾥管射流器，其⼯作⽔压与耗⽔量及吸风量成线性增加关系，耗⽔量及吸风量的⼤⼩受⼯作⽔压的影响最⼤，其次是喷嘴和接受管结构等。⽂中基于流体⼒学理论的耗⽔量及吸风量
的计算公式，概念清晰，实⽤可信，为⽂丘⾥管射流装置在煤矿产尘点的推⼴应⽤提供了理论依据。
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