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气波引射器是一种利用高低压流体直接接触形成的压力波实现能量高效传递的引射增压装置,具有结构简单、转速低、能量传递效率高并可带液运转等优点,在天然气地层压力能综合利用的多气合采工艺以及工业余能回收等领域具有广阔应用前景。 本文通过数值模拟和实验相结合的方法对气波引射的流动特征及各参数对引射性能的影响规律进行研究,并针对中压排气动压损失的问题,提出了一种稳流与扩压结构。本文主要工作及结论如下: (1)构建了气波引射波图,并对压力波的形成与传播特性以及各端口的流动规律进行分析和研究。 (2)建立了二维、三维周期性数值计算模型,并对引射过程的流动特征进行分析,得到了分界面的运动规律、稳压区长度和压力的变化规律、间隙对引射的影响机理及泄露量的变化规律,并对反馈结构的影响机理、最优参数及其适用范围进行研究。 (3)搭建了气波引射性能实验平台,研究了中压偏距、固壁距离和进出口间隙宽度对引射性能的影响,并得到其最优值的选取和设计方法;固定结构参数,研究了各操作参数偏离设计点后引射性能和入口质量流量的变化规律;研究了设计转速对引射性能、各端口质量流量和设备处理量的影响,指出设计转速存在最优值。 (4)建立了中压排气能量损失计算模型,对不同压缩比下的能量损失进行定量研究,指出小压缩比工况下能量损失值大于低压气体的能量提升量;提出了一种稳流与扩压结构,对中压气体的动压进行回收,有效降低其排气过程的能量损失,并使得引射过程中波转子两侧实际的压缩比小于系统的压缩比。当膨胀比为1.5,压缩比为1.1时,引射率可达138.7%,提升量为54.1%。当膨胀比为2.0,压缩比为1.4时,引射率为原引射过程的2.03倍。