蒸汽引射器（Steam Ejector）是一种利用高压蒸汽的动能来抽吸和压缩低压气体或蒸汽的装置，其核心原理基于动量交换和能量转换，通过高速喷射的蒸汽流卷吸周围介质，实现压力提升和流量混合。以下是其工作原理的详细分步解释：
1. 基本结构
蒸汽引射器通常由三个主要部分组成：
- 喷嘴（Nozzle）：将高压蒸汽的静压能转化为动能，形成高速射流。
- 混合室（Mixing Chamber）：高速蒸汽与被抽吸的低压介质（气体或蒸汽）混合，发生动量交换。
- 扩压器（Diffuser）：将混合流体的动能重新转化为静压能，提升出口压力。
2. 工作原理分步解析
（1）高压蒸汽进入喷嘴
- 高压蒸汽（驱动蒸汽）通过收缩型喷嘴，压力降低，速度急剧增加（可达超音速），形成高速射流。
- 能量转换：静压能 → 动能（伯努利原理）。
（2）卷吸低压介质
- 高速蒸汽射流在混合室入口处产生负压区（因流速高、压力低），卷吸周围低压介质（如空气、蒸汽或其他气体）。
- 动量交换：高速蒸汽将动量传递给被抽吸介质，两者混合后速度逐渐降低。
（3）混合与压缩
- 在混合室内，驱动蒸汽与被抽吸介质充分混合，形成均匀的混合流体。
- 混合过程中，流体的总动量守恒，但速度降低导致压力略有回升（仍低于驱动蒸汽初始压力）。
（4）扩压器压力恢复
- 混合流体进入扩压器（渐扩管道），流速降低，静压进一步升高。
- 能量转换：动能 → 静压能（扩压器设计优化压力恢复效率）。
- 最终出口压力高于被抽吸介质的初始压力，但低于驱动蒸汽压力。
3. 关键参数与性能
- 压缩比（Compression Ratio）：出口压力与被抽吸介质入口压力之比，反映引射器提升压力的能力。
- 引射系数（Entrainment Ratio）：被抽吸介质质量流量与驱动蒸汽质量流量之比，衡量引射效率。
- 效率：受喷嘴设计、混合室形状、扩压器角度等因素影响，通常通过实验或数值模拟优化。
4. 应用场景
蒸汽引射器广泛应用于以下领域：
- 真空系统：抽吸气体形成真空（如化工蒸发、食品冷冻干燥）。
- 蒸汽压缩：回收低压蒸汽，提升压力后重新利用（节能）。
- 气体混合：将两种气体按比例混合（如燃烧空气与燃料混合）。
- 热能回收：利用高压蒸汽驱动，回收废热或低压蒸汽。
5. 优势与局限性
- 优势：
- 结构简单，无运动部件，维护成本低。
- 适用于高温、高压、腐蚀性环境。
- 可利用废热蒸汽作为驱动源，节能环保。
- 局限性：
- 效率受压力比和流量比限制，需优化设计。
- 驱动蒸汽压力需高于被抽吸介质压力一定值。
- 扩压器设计不当可能导致压力恢复不足。
6. 实例说明
假设用高压蒸汽（驱动蒸汽）引射低压蒸汽（被抽吸介质）：
1. 高压蒸汽（如5 MPa）通过喷嘴加速至500 m/s。
2. 在混合室卷吸低压蒸汽（如0.1 MPa），两者混合后速度降至200 m/s。
3. 扩压器将流速进一步降低至50 m/s，出口压力升至0.5 MPa。
4. 引射系数为0.5，即每1 kg驱动蒸汽可引射0.5 kg低压蒸汽。
总结
蒸汽引射器通过高压蒸汽的动能驱动，实现低压介质的抽吸、混合与压缩，其核心是**动量交换**和**能量梯级利用**。设计时需优化喷嘴、混合室和扩压器的几何参数，以平衡效率、压缩比和引射系数，满足不同工况需求。
