空氣射流器是長途客車車載真空廁所系統的核心部件，一定壓力的壓縮空氣通過空氣射流器將產生抽吸便器內污水所需的真空。以空氣射流器為研究對象，利用FLUENT 商業軟件對其內部流場進行數值模擬。分析了噴嘴距、等截面混合室長度以及擴散段錐角等3 個幾何參數對空氣射流器性能的影響，為此類空氣射流器的設計提供了一定的理論支持。

　　長途客車車載真空廁所系統是以真空為動力將糞便及少量沖水抽吸進集便箱，與直排式和間接直排式車載廁所相比具有以下優點：①不會對公路及周邊環境造成環境污染；②耗水量少，約0.8L/ 次，不僅有利于節約用水，而且可以減小水箱和集便箱的體積和重量；③整套系統是封閉的，不易堵塞管道，不會造成臭氣外溢。

　　空氣射流器是長途客車車載真空廁所系統的核心部件，它是以空氣作為工作介質來抽吸和壓送氣體（被抽氣體稱為引射介質），以獲取真空的射流器。圖1 為長途客車車載真空廁所系統的工作原理圖。沖洗廁所的過程為：t = 0 s 時，按下沖洗按鈕，控制閥5 打開，壓縮空氣存儲罐1（容積為0.1 m3） 中具有一定壓力的壓縮空氣經減壓閥4 壓力降至0.2~0.3 MPa，其中一部分壓縮空氣將增壓器8 內的水壓入便池9；另一部分壓縮空氣將換向閥20 打開，壓縮空氣存儲罐中的壓縮空氣經過減壓閥21 后進入空氣射流器18，在空氣射流器的作用下，真空箱11（容積5 L 左右）內迅速形成真空。t = 2 s 時，延時閥17 在時間繼電器作用下打開，界面閥10 在0.2~0.3 MPa 的壓縮空氣作用下打開，便池9 中的糞便污水在具有一定壓力的少量沖水及氣壓差的作用下被抽吸進真空箱11。t = 5 s 時，控制閥5、延時閥17、換向閥20 和界面閥10 關閉，此時真空箱內真空消失，隔板12 打開，糞便污水在重力作用下落入集便箱13并暫存其中，隔板關閉。水箱中的水在重力作用下流入增壓器（容積為0.8 L）。客車運行過程中產生的壓縮空氣存儲于壓縮空氣存儲罐中。

　　空氣射流器通常由噴嘴、吸入室、等截面混合室和擴散室四部分組成（如圖2 所示）。具有一定壓力的壓縮空氣流通過噴嘴加速形成超音速射流，在噴嘴出口處呈扇形射出，并形成一個低壓區，由于氣體的粘性，高速氣流卷吸周圍的氣體，引射氣體（吸入室、真空箱及連接管道內的常壓空氣）在壓力差的作用下，不斷向低壓區流動，與工作氣體發生混合，而后形成一股單一均勻的混合流體，混合流體在擴散室內經減速壓縮到標準大氣壓后排出空氣射流器。此時，吸入室和真空箱內具有一定的真空度，從而實現了對真空箱抽真空的目的。因此，車載真空廁所空氣射流器的工作能力可以用真空箱內獲得的真空度來表征。

1.壓縮空氣存儲罐; 2. 壓力表3.15.16. 空氣過濾器; 4.21. 減壓閥; 5.控制閥; 6.水箱; 7.單向閥; 8.增壓器; 9.便池; 10.界面閥;11. 真空箱; 12. 隔板; 13. 集便箱; 14. 消聲器; 17. 延時閥; 18. 空氣射流器; 19.真空表; 20.換向閥;

圖1 車載真空廁所系統工作原理圖

圖2 空氣射流器示意圖

　　由索科洛夫一維分析方法可得空氣射流器的基本模型，其主要幾何參數如圖2 所示。由于車載真空廁所系統是利用壓縮空氣通過空氣射流器對密閉的真空箱抽真空，因此本文應用CFD 軟件FLUENT 6.3對空氣射流器內部流場進行數值分析的過程中，將被抽氣體入口設定為壁面。這時，可將真空箱視為吸入室的一部分。為了簡化計算，進行數值模擬的過程中，增加吸入室的體積以替代真空箱，增加體積的大小約等于真空箱的體積，這樣以來，對真空箱抽真空可近似看成是對引射流體入口已封閉的吸入室抽真空。以此為基礎，通過改變基本模型的幾何參數，研究了不同工作流體壓力下噴嘴距（簡寫為NXP，其定義為工作噴嘴出口到等截面混合室入口之間的距離）、等截面混合室長度（L1）以及擴散段錐角（θ）等3 個結構參數在t = 2 s 時對吸入室內獲得的真空度的影響。

3、結論

　　本文利用CFD 軟件FLUENT 對無引射流體入口的空氣射流器內部流場進行了數值模擬，研究了工作流體壓力Pp 在其臨界壓力范圍內變化時，噴嘴距（NXP）、等截面混合室長度(L1)以及擴散段錐角(θ)等3 個幾何參數對吸入室在t=2 s 時獲得真空度的影響。根據數值模擬研究結果，可以得到如下結論：

　　（1）對于一定結構的空氣射流器，存在著臨界工作流體壓力P *p，當工作流體壓力Pp< P *p時，吸入室內獲得真空度隨著工作流體壓力的增加而增加，當Pp> P *p時，吸入室內獲得真空度隨著工作流體壓力的增加而下降。

　　（2） 當工作流體壓力在P *p范圍內變化時，最優噴嘴距（NXP）隨著工作流體壓力的增加而減少；同時，最優NXP 隨著等截面混合室直徑D3的增加而增加。

　　（3） 當工作流體壓力在P *p范圍內變化時，最優等截面混合室長（L1） 隨著工作流體壓力的增加而增加；同時，最優L1 隨著噴嘴距NXP 的增加而減少。

　　（4）對于一定結構的空氣射流器，存在著最優擴散室錐角（θ），當擴散室錐角大于最優θ 時，吸入室內真空度幾乎沒有變化，并且最優θ 不隨工作流體壓力和噴嘴距的變化而變化。