Часть 1 (1161645), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Смешение потоков означает, в конечном счете, выравнивание параметров газов по всему сечению камеры. Весь процесс смешения можно условно разделить на два этапа — начальный и основной. Соответственно выделяются два участка смесительной камеры (рис. 9.5). Течение в начальном участке камеры смешения с известным приближением можно уподобить турбулентной струе, движущейся в спутном потоке. Ввиду наличия поперечных пульсационных компонент скорости, свойственных турбулентному движению, потоки внедряются друг б х РАБОчнн пРОцесс эжектОРА в друга, образуя постепенно уширяющуюся зону смешения — пограничный слой струи.
В пределах пограничного слоя происходит плавное кзменение параметров газовой смеси от значений пх в эжектирующем газе до значений в эжектируемом газе. Вне пограничного слоя в начальном участке камеры смешения имеются невозмущенные потоки эжектируемого и эжектпрующего газов. В начальном участке камеры частицы эжектпруемого газа непрерывно захватываются высоконапорной струей и увлекаются ею в зону смешения.
Благодаря этому и поддерживается разрежение на входе в смесительную камеру, которое обеспечивает втекание низконапорного газа в эжектор. В зависимости от относительных размеров зжектора с удалением от сопла последовательно исчезают обе эоны невозмущенного течения газов; так, на рпс. 9.5 первым ликвидируется ядро эжектпрующей струи. На некотором расстоянии от сопла, в сечении à — Г, называемом граничным сечением, пограничный слой струп заполняет все сечение смеснтельной камеры.
В этом сечении уже нет областей невозмущенных течений, однако параметры газа существенно различны по радиусу камеры. Поэтому и после граничного сечения в основном участке смесительной камеры продолжается выравнивание параметров потока по сечению. В конечном сечении камеры, отстоящем в среднем на расстоянии 8 — 12 диаметров камеры от начального сечения, получается достаточно однородная смесь гав аов, полное давление которой р, тем болыпе превышает полное давление эжектпруемого газа ра, чем меньше коэффициент эжекцнп и.
Рациональное проектирование эжектора сводится к выбобору таких его геометрических размеров, чтобы прп заданных начальных параметрах и соотношении расходов газов получить наивысшее значение полного давления смеси, либо при заданных начальных и конечном давлениях получить наибольший коэффициент эжекции. Описанная выше схема процесса смешения газов в эжекторе при дозвуковых скоростях принципиально ничем не отличается от процесса смешения несжимаемых жидкостей в жидкостном эжекторе. Как будет показано ниже, даже при больших докритических отношениях давлений не только качественные закономерности, но и многие количественные зависимости между параметрами газового эжектора практически не отличаются от соответствующих данных жидкостного эжектора. Качественно новая картина течения наблюдается при сверх- критических отношениях давлений в сопле. При дозвуковом истечении давление газа на выходе из сопла равно давлению в окружающей среде, другими словами, статические давления газов на входе в камеру смешения р1 и рз одинаковы.
При звуковом или сверхзвуковом истечении эжектирующего газа давление на срезе сопла может существенно отличаться от давления эжектируемого газа. Зй Г Н. Абрамович, ч. 1 Гл. тх. ГАЭОВые э«нектогы Рис. 9.6. Схема течения а качальном участке камеры смешения при саерхкритичаском отношении Лаалекии а сопле Если сопло зжектирующего газа выполнено нерасширяющимся, то при сверхкритическом отношении давлений статическое давление на срезе сопла превышает давление в окружающей среде— эжектируемом газе. Поэтому после выхода из сопла А струя эжектирующего газа В (рис. 9.6), движущаяся со скоростью звука (Х1 = 1), продолжает г т расширяться, скорость ее становится сверхзвукозой, а площадь сечения — большей, чем ,ч Р "т г д, ~~ площадь выходного сечения сопла.
Точно так же ведет себя сверхзвуковая г ', г эжектирующая струя, 'л,",~,,«,=~а вытекающая из сопла '~ »,~,~~( Лаваля, если в эжекторе применено сверхзвуковое сопло с неполным расширением. В этом случае скорость газа на срезе сопла соответствует ел = Х1» ) 1, где Х~» — расчетная величина скорости для данного сопла Лаваля, определяющаяся отношением площадей выходного и критического сечений. Таким образом, при отношениях давлений, больших расчетного для данного сопла, эжектирующий газ в начальном участке смесительной камеры представляет собой расширяющуюся сверхзвуковую струю. Поток эжектируемого газа на этом участке движется между границей струи и стенками камеры.
Так как скорость эжектируемого потока в начальном участке дозвуковая, то при течении по суживающемуся «каналу» поток ускоряется и статическое давление в нем падает. При дозвуковом истечении эжектирующей струи наибольшее разрежение и максимальные скорости потоков достигались во входном сечении камеры. В данном случае минимальное значение статического давления и максимальная скорость эжектируемого потока достигаются в сечении 1', находящемся на некотором расстоянии от сопла, там, где площадь расширяющейся сверхзвуковой струи становится наибольшей.
Это сечение принято называть сечением запирания. Особенностью сверхзвуковой струи является то, что смешение ее с окружающим потоком на этом участке проходит значительно менее интенсивно, чем смешение дозвуковых потоков. Это связано с тем, что сверхзвуковая струя обладает повьппенной устойчивостью по сравнению с дозвуковой струей, и размывание границ такой струи происходит слабее. Физические основы этого 9 2. РАБОчий пРОцесс эжектОРА явления легко уяснить на следующем примере (рпс. 9.7). Если граница дозвукового потока в силу какой-либо причины (например воздействия частиц газа спутного потока) искривлена, то в этом месте пз-за уменьшения площади сечения уменьшается статическое давление и возникает сила внешнего давления, увеличивающая начальную деформацию границы: прп взаимодействии д,- » <~ Ь.>Х» Гт -Р» дз д» С Рис.
9.7. Схема силового воздействия гааа иа тело, искривляющее гранаду дозвукового (а) и сверхзвукового (б) потоков с окружающей средой дозвуковая струя «втягивает» частицы внешнего потока п граница ее быстро размывается. В сверхзвуковом (относительно внешней гранпцы) потоке аналогичное искривление границы п уменьшение сечения приводит к росту давления; возникающая сила направлена не внутрь, а наружу потока и стремится восстановить исходное положение границы струи, выталкивая частицы внешней среды. Интересно отметить, что зто различие в свойствах дозвуковой и сверхзвуковой струй можно наблюдать буквально на ощупь.
Ркс. 9.8 Шлпрек-фотограф»»я потока в камере смепюппя плоского вжектора при дозвуковом режиме истечеиия газа из сопла: и = г"»»гт яв 1, П а =я~ (Рв — — 1,5, рт = Рт Дозвуковая струя втягивает внутрь поднесенный к границе легкий предмет, сверхзвуковая струя на расстоянии нескольких калибров от сопла имеет «жесткуюв границу; прп попытке ввести в струю извне какой-либо предмет ощущается заметное сопротивление резко выраженной границы струи.
На рис. 9.8 и 9.9 приведены фотографии течения в начальном участке смесительной камеры при дозвуковом и сверхзвуковом ис- 32» Гл. тх. РАзОВые эжекторы 500 течении эжектпрующей струи. Фотографии получены на плоской модели эжектора, режим изменялся путем увеличения полного давления эжектпрующего газа перед соплом р, при постоянном давлении эжектпруемого газа и постоянном давлении на выходе из камеры. На фотографиях видно различие между двумя рассмотренными режимами течения в начальном участке камеры. При анализе процессов п расчете параметров эжектора на сьерхкритическпх отношениях давлений в сопле будем полагать, Рпс.
9,9. Шлпрен-фотография потока в камере смешения плоского эжектора прп сверлкрптпческом отношении давлений в сопле Пе = 3,4 что до сечения заппрания 1' (рпс. 9.6) эжектпрующпй и зжектируемый потоки текут раздельно, не смешиваясь, а интенсивное смешение происходит за этим сечением. Это весьма близко к действительной картине явления. Сеченпе заппрання является характерным сечением начального участка смешения, а параметры потоков в нем, как будет показано ниже, существенно влияют на рабочими процесс и параметры зжектора.
С удалением от сопла гран|ща между потокамя размывается, сверхзвуковое ядро эжектирующей струи уменьшается, происходит постепенное выравнивание параметров газа по сечению камеры. Характер смешения газов в основном участке смесительной камеры до режима запнрання практически такой же, как и прп докритических отношениях давлений в сопле, скорость смеси газов шз в широком диапазоне начальных параметров газов остается меньше скорости звука.
Однако при увеличении отношения начальных давлений газов сверх некоторого определенного для каждого эжектора значения поток смеси в основном участке камеры становится сверхзвуковым и может остаться сверхзвуковым до конца смесительной камеры. Условия перехода от дозвукового к сверхзвуковому режиму течения смеси газов, как будет показа- 5 2. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС эжнктОРА 50$ ио ниже, тесно связаны с режимом течения газов в сечении запирания. Таковы особенности протекания процесса смешения газов прн сверхкритических отношениях давлений газов в эжектируюшем сопле. Заметим, что'под отношением давлений в сопле мы подразумеваем отношение полного давления эжектирующего газа р„к статическому давлению эжектируемого потока во входном сечении смесительной камеры рз, которое вавпспт от полного давления рз и приведенной скорости Х2.
Чем больше й2, тем больше (при постоянном отношении полных давлений газов) отношение давлений в сопле: Р1 Р 112 "2 Р*,з (А2) и Р1) Здесь п(Х)( 1 — известная газодинамическая функция, см. з 6 гл. 11. Таким образом, сверхкритический режим истечения эжектирующего газа из сопла может существовать и тогда, когда отноше- 2 2 2 нпе начальных полных давлений газов р1(р = П2 ниже критического значения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
