射流式增氧机创新设计及试验研究

2017年1月农机化研究第1期射流式增氧机创新设计及试验研究孙新城，陈建能，李鹏鹏(1．浙江工业职业技术学院，浙江绍兴312000；2．浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州310018)摘要：为进一步提升射流式增氧机的动力效率和实践效果，创新设计了新型射流增氧机。为研究在一定工况下该新型增氧机射流器各结构参数与理论动力效率的关系，确定设计指标为理论增氧动力效率E，选取与该指标相关的影响因素确定该因素的取值范围进行正交试验。结果表明：各结构参数对增氧动力效率影响程度为喉管一喷嘴面积比影响程度最大，其它4个因素影响相对较小。综合试验结果来看：其参数影响程度的主次顺序也非常明显；研究获取最佳参数组合为rrt=2．56、n=11．56、k=4、Ot=40。和／3=40。；喉管一喷嘴面积比与吸气室一喷嘴面积比之间交互作用较显著，其显著性程度低于两者各自作用的水平，高于喉管长径比、分流锥头锥角、喉管一支管夹角的独立作用水平。关键词：射流式增氧机；三支管射流器；理论动力效率；正交试验中图分类号：$969．321文献标识码：A文章编号：1003-188X(2017)01-0052-0060引言中国水产养殖已逐步向高密度、集约化方向发展，水产养殖总产量逐年上升，这与水产养殖业逐步实现机械化，特别是射流增氧机的广泛使用是密不可分的nI2]。强大的搅动混合能力、高效的氧传递效率是射流增氧技术的突出优点J。但是，现有射流增氧设备氧转移效率低、动力消耗大'4j，限制射流增氧机广泛使用。射流器是射流增氧机的核心部件，其结构及参数直接影响了增氧效果。较多文献’。，”对射流器增氧性能进行了分析研究：吴世海对影响射流自吸式增氧机吸气量和增氧效率的部件进行筛选试验，但未对一些无因次量进行分析；庞云芝、李秀金研究了喉管一喷嘴面积比对动力效率的影响，但未对相关参数进行全面试验研究；尚海涛等设计的自吸式空心环流射流曝气器，通过在喷嘴处放置一空心管实现内外吸气是该设计的最大特点，同时进行正交试验研究了部分重要结构参数对理论动力效率的影响；周建来、邱白晶等对双侧吸气射流增氧机进行正交试验，得到了一组最优参数，极大提高了理论动力效率。本文提出一种新型的自吸式三支管射流增氧机，主要性能指标是动力效率E，通过选取对该性能指标收稿日期：2016—03—11基金项目：国家自然科学基金项目(51275481)作者简介：孙新城(1979一)，男，山东潍坊人，讲师，博士研究生，(E—mail)sunmeng862@163．corn。影响比较大的结构参数进行正交试验验证，得出该新型射流增氧机在动力效率和增氧效果上都有显著提高，达到了设计要求。1自吸式三支管射流增氧机创新设计1．1自吸式三支管射流器图1中的自吸式三支管射流器为本文首次提出，已经申报发明专利(专利申请号：ZL201310031061．X)14]，其结构和参数如图1所示。1．螺纹连接套筒2．吸气管3．吸气室4．喷嘴5．喉管(}昆合管)6．分流锥头7．支管8．扩散管图1自吸式三支管射流器装配简图Fig．1Assemblingsketchoftheaeratorinexperiments工作时，水泵通过吸水管吸人曝气池中的工作水，在进入射流器前被加压从射流器喷嘴中喷出；利用流体与气体的粘滞作用，含氧气体通过与射流器中心轴线吸气管被吸入射流器，与增氧水一起进入喉农机化研究第1期管；在喉管末端，携带着大量空气的高速射流在分流锥头切割分流作用下形成3股液气射流分别进入3个支管，从而减少了吸入空气的聚并现象并提高空气利用效率；3股液气混合射流充满支管并从扩散管中辐射状高速射入水体，充满支管的液气混合射流高速喷出时又对喉管内液气两相流产生抽吸作用，从而吸人更多气体并使两相混合均匀。射入水体的3股液气混合射流在水体中辐射状搅动扩散，造成强烈紊动及旋流，可快速增加水体溶氧，同时可耕水、活水，保证水体增氧均匀、搅动充分。自吸式三支管射流器各结构参数如表1所示。袁1自吸式三芰管射流器结构参数表Table1Structuralparametersofself-suctionjetaeratorwithtriplebranchpipes符号意义符号意义dl喷嘴直径／mm支管长度／mmd2喉管直径／mml扩散管长度／mm出吸气室直径／mma喉管一支管夹角／(。)d4支管直径／ram口分流锥头锥角／(。)d5吸气管直径／mm6l吸气室一吸气管夹角／(。)zl喉管长度／ram62扩散管扩散角／(。)z2吸气室长度／mm如喷嘴收缩角／(。)1。2自吸式三支管射流增氧机图2所示为自吸式三支管射流增氧机试验系统。由图2中可以看出：曝气池中的水在水泵的作用下，经过吸水管、管道式浮子流量计进入调节阀，压力表用来测量排水的水压；在吸收了氧气后，通过射流器、三支管重新排放到