Часть 1 (1161645), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Независимо от особенностей течения газов прн смешении происходит выравнивание скорости газов по сечению камеры путем обмена импульсами между частицами, движущимися с большей и меныпей скоростью. Этот процесс сопровождается потерями. Помимо обычных гпдравлических потерь на трение о стенки сопел и камеры смешения, для рабочего процесса эжектора характерны потери, связанные с самим существом процесса смешения.
Определим изменение кинетической энергии, происходящее прп смешении двух газовых потоков, секундный массовый расход н начальная скорость которых равны соответственно 61, 62, ю1 и 1и2. Если предположить, что смешение потоков происходит при постоянном давлении (это возможно при специальной профилировке каморы), то количество движения смеси должно оыть равно сумме начальных количеств движения потоков: (61+ 62) и13 = 6!ю1+ 62и121 ($) откуда ~11Р1+~2 2 Юз— Кинетическая энергия смеси газов равна а1+П2, 2 (а1,+С2 2) Легко убедиться, что эта величина меньше суммы кинетических энергий потоков до смешения, равной Е, + Е, = ~ (611и~ + 6,и,), ГЛ.
ГХ. ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ иа величину (в~ — й )2 йЕ = Ег + Ег ~з = д 1 2 (2) 1,в Р гя ~Ю Рис. 9.(0 по длине р ~ и (1Р = р ( ш г(Р = р(иг" (г> (21 следует, что в сечениях 1 и 2 сохраняет постоянное значение сред- Величина ЬЕ представляет сооой потери кинетической энергии, связанные с процессом смешения потоков. Эти потери аналогичны потерям энергии при ударе неупругпх тел.
Независимо от температуры, плотности и других параметров потоков потери, как показывает формула (2), тем больше, чем больше разность скоростей смешивающихся потоков. Отсюда можно сделать вывод, что при заданной скорости эжектпрующего газа н заданном относительном расходе эжектнруемого газа Сг/С( (козффицпенте в*в <1 г эжекцип) для получез в 12 нпя наименьших пор" 1~- терн, т. е. наибольшей 1,3 величины полного дав- 1 Л леппя смеси газов, желательно увелпч((вать шг так, чтобы возможно более приблизить скорость эжектируемого газа к скорости эжектпрующего газа при вхо(г 1 8 у Ф ~ де в камеру смешения.
Как увидим виже, это действительно прпво. Изменение статического давления дпт к наивыгоднейшему камеры смешения при дозвуковом течении газов протеканпго процесса смешения. Прп смешении газов в цилиндрической смесптельной камере эжектора статическое давление газов не остается постоянным. Для того чтобы определить характер изменения статического давления в цилиндрической смесительной камере, сравним параметры потока в двух произвольных сечениях камеры 1 и 2, находящихся на различном расстоянии от начала камеры (рис. 9.20).
Очевидно, что в сечении 2, находящемся на большем расстояншг от входного сечения камеры, поле скорости более равномерно, чем в сечении 1. Если принять, что для обоих сечений р = сопз$ (для основного участка камеры, где статическое давление изменяется незначительно, это приближенно соответствует действительности), то из условия равенства секундных расходов газа ги 3 х РАБОчиЙ пРОцесс эжектОРА ЗОЗ няя по площади величина скорости потока — ( а и) = —, з( ю дР = —,.
— 3 =рр. (Р) Рассмотрим далее величину ) )в а'р 'ц и Ыр) (4) Легко убедиться, что при и) = сопз$, т. е. в случае равномерного поля скорости в сечении Р, величина т равна единице. Во всех других случаях числитель в (4) больше знаменателя и т ) 1 (неравенство Коши — Шварца) . Значение величины т может служить характеристикой степени неравномерности поля скорости в данном сечении: чем более яеравномерно поле и), тем больше т. Будем называть величику т коэффициентом поля. Возвращаясь к рис.
9.40, теперь нетрудно заключить, что коэффициент поля т в сечении 1 больше, чем в сечении 2. Количества движения в сечениях 1 и 2 определяются интегралами Так как т) ) тм то отсюда следует ~ йдР) ~ дР. (1) (з) (5) л дР— р ~ юг ()Р = (р, — р,) Р'. На основании неравенства (5) левая часть данного уравнения всегда положительна. Отсюда следует, что рг ) р), т. е. выравнивание поля скорости в цилиндрической смесительной камере сопровождается возрастанием статического давления; во входном сечении камеры существует пониженное давление по сравнению с давлением на выходе из камеры. Это свойство процесса непосредственно используется в простейших зжекторах, состоящих из сопла и одной цилиндрической камеры смешения, как, например, Итак, количество движения в потоке при выравнивании поля скорости в процессе смешения уменьшается, несмотря на то, что суммарный расход и средняя по площади скорость Ю остаются постоянными.
Запишем теперь уравнение импульсов для потока между сечениями 1 и 2: Гл. Гх. ГА30Вые эжектогы 504 показано на рис. 9.10. Благодаря наличию разрежения на входе в камеру, этот эжектор подсасывает из атмосферы воздух, а затем смесь выбрасывается вновь в атмосферу. На рпс.
9.10 также показано изменение статического давления по длине камеры зжэктора. Полученный качественный вывод справедлив в тех случаях, когда изменение плотности газа в рассматриваемом участке процесса смешения незначительно, вследствие чего можно приближенно считать р = сопзп Однако в некоторых случаях при смешении газов существенно различной температуры, когда имеется большая неравномерность плотности по сечению, а также при сверхзвуковых скоростнх в основном участке смешения, когда плотность заметно изменяется по длине камеры, возможны режимы работы эжектора, прн которых статическое давление газа в процессе смешения не возрастает, а снижается.
Если смесптельная камера не целиндрическая, как предполагалось выше, а имеет переменную по длине площадь сечения, то можно получить произвольное изменение статического давления по длине. ' Основным геометрическим параметром эжектора с цилиндрическон смесительной камерой является отношение площадей выходных сечений сопел для эжектирующего и эжектпруемого газов где гг — площадь сечения цилиндрической смесительной камеры. Эжектор с большим значением сг, т. е. с относительно малой площадью камеры, является еысоконапорным, но не может работать с большпмп коэффициентами эжекцип; эжектор с малым а позволяет подсосать большое количество газа, но мало повышает его напор.
Вторым характерным геометрическим параметром эжектора является степень расширения диффузора /=г"4/г"г — отношение площади сечения на выходе из диффузора к площади на входе в него. Если эжектор работает прп заданном статическом давлении на выходе из диффузора, например прн выхлопе в атмосферу нли в резервуар с постоянным давлением газа, то степень расширения диффузора / существенно влияет на Все параметры зжектора. С увеличением / в этом случае снижается статическое давление в камере смешения, растет скорость зжектирования и коэффициент эжекции при не очень значительном изменении полного давления смеси. Разумеется, это справедливо лишь до того момента, когда в каном-либо сечении эжектора будет достигнута скорость звука, Третий геометрический параметр эжектора — относительная длина камеры смешения /г/дз — в обычные методы расчета эжектора не входит, хотя и существенно влияет на параметры эжен- 505 З 3 РАСЧЕТ ГАЗОВОГО ЭЯ(ЕКТОРА тора, определяя полноту выравнивания параметров смеси по сечению.
Ниже будем полагать, что длина камеры достаточно велика (1з(дз ) 8 —: 10) и коэффициент поля т в ее выходном сечении близок к единице. в 3. Расчет газового эжектора Сопла и диффузор эжектора ничем не отличаются от обычных сопел и дпффузоров, расчет которых изложен в гл. У1П. При определении параметров эжектора существенны лишь коэффициенты сохранения полного давления газа в этих устройствах, позволяющие по начальным давлениям смешивающихся газов найти полные давления на срезе сопел р, и р, и по полному давлению смеси р, — полное давление на выходе из дпффузора р4 Эти коэффициенты выбираются по экспериментальным данным в зависимости от формы сопел п диффузора и величины скорости потока. Основная задача при расчете эжектора заключается в определении параметров смеси газов на выходе из смесптельной камеры по параметрам газов до смешения.
Замечательным является тот факт, что для определения параметров потока на выходе из камеры рассмотрение самого процесса смешения не обязательно. Нет необходимости также предварительно вычислять потери, возникающие в процессе смешения, и анализировать механизм процесса передачи энергии. Течение газа в любом участке смесительной камеры описывается тремя уравнениями сохранения: энергии, массы и количества движения. Если поток газа в выходном сечении камеры считать одномерным, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
