大氣噴射器是以壓縮空氣作為工作介質(zhì),來抽吸和壓送氣體(被抽氣體稱為引射介質(zhì)) ,以獲取真空的噴射器。壓縮空氣進(jìn)入噴射器,從拉瓦爾噴嘴中噴射出超聲速氣流,由于氣體的粘性,高速氣流卷吸走吸入室內(nèi)的氣體,從而在吸入室內(nèi)形成真空。大氣噴射器有如下特點(diǎn):

         ①該噴射器無機(jī)械運(yùn)動部件,工作不受潤滑、振動等條件限制。因此,其抽氣能力很大。

        ②結(jié)構(gòu)簡單,工作穩(wěn)定可靠,使用壽命長。只要該噴射器的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)選擇適當(dāng),可以很好地抽出含有大量水蒸氣、粉塵、易燃、易爆及有腐蝕性的氣體。

        ③系統(tǒng)無油污染。

        ④工作壓力范圍較寬,可以根據(jù)需要產(chǎn)生不同壓力的真空。

        大氣噴射器作為真空發(fā)生裝置被廣泛用于環(huán)衛(wèi)、醫(yī)藥、糧油食品加工、食品包裝等各個領(lǐng)域中,是一種基礎(chǔ)性單元組件。

1、大氣噴射器的工作原理及真空發(fā)生機(jī)制

1.1、大氣噴射器的結(jié)構(gòu)及工作原理

          大氣噴射器的結(jié)構(gòu),見圖1。

圖1 　大氣噴射器的結(jié)構(gòu)圖

1. 拉瓦爾噴嘴　2. 混和室　3. 擴(kuò)壓器　4. 吸入室

A. 工作介質(zhì)入口　B . 引射介質(zhì)入口　C. 混和氣體出口

          其主要組成為拉瓦爾噴嘴、混和室、擴(kuò)壓器和吸入室。拉瓦爾噴嘴和擴(kuò)壓器這兩個部件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道。壓縮空氣通過噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)變成動能進(jìn)行抽氣,而混合氣流通過擴(kuò)壓器又將動能轉(zhuǎn)變成壓力能從而進(jìn)行排氣。進(jìn)、出口之間的壓力差,使空氣得以在管道中流動。

1.2、大氣噴射器的真空發(fā)生機(jī)制

         噴射器的工作過程很復(fù)雜,為了便于分析,作如下假設(shè):

          ①壓縮空氣與被抽氣體均為理想氣體。

         ②壓縮空氣與被抽氣體在噴嘴出口到擴(kuò)壓器喉部入口間為等壓混合。

         ③流體在擴(kuò)壓器喉部發(fā)生正激波。

         ④壓縮氣體及被抽氣體在泵內(nèi)的膨脹與壓縮為絕熱過程。

         壓縮空氣經(jīng)過拉瓦爾噴嘴變成超音速氣流而噴射到擴(kuò)壓器的混和室內(nèi)。由于空氣流處于高速,而壓力降低,同時降溫,使吸入室內(nèi)形成副壓區(qū)。此時,被抽氣體被吸進(jìn)混和室。

圖2 　壓力和速度變化圖

          噴射器內(nèi)壓縮空氣和被抽氣體的壓力p 及速度v 的化情況如圖2 所示。壓縮空氣進(jìn)入到拉瓦爾噴嘴喉部最小斷面處,其壓力達(dá)到臨界值pK, 此時空氣流速度達(dá)到音速vK。在拉瓦爾噴嘴的擴(kuò)張段, 速度逐漸上升而壓力繼續(xù)下降。當(dāng)達(dá)到噴嘴出口切面時,速度達(dá)到超音速,壓力為p′0 。壓縮空氣流出噴嘴后,繼續(xù)膨脹到p″0 ,這時壓縮空氣的壓力才與被抽氣體的壓力相等,即p″0 = p″1 。被抽氣體從p1 到p″1 的壓力差,使被抽氣體得到顯著的加速。

          壓縮空氣和被抽氣體兩股氣流在混和室內(nèi)相互混和進(jìn)行動量和能量交換,把壓縮空氣由壓力能轉(zhuǎn)變來的動能傳給被抽氣體,從而使壓縮空氣速度v0 逐漸降低,被抽氣體速度v1 逐漸增高,兩者速度逐步接近。最后,在擴(kuò)壓器喉部某處兩者速度達(dá)到一致(v′3) , 并產(chǎn)生正激波。使得混合氣流速度下降,從激波前的超音速v′3 下降到激波后的亞音速v3 ,同時壓力上升到p3 。

         在某一給定的壓力下,亞音速混和氣流從擴(kuò)壓器喉部流出的瞬時速度可能再次達(dá)到音速。然后, 混和氣流在擴(kuò)壓器漸擴(kuò)段速度下降,壓力增高,直到擴(kuò)壓器的出口處,混和氣流壓力增至p4 ,速度降為v4 。