Часть 1 (1161645), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Если давление р4 достаточно низко, то поток на выходе нз диффуэора, представлязощего в этом случае расширяющуюся часть сопла Лаваля, может быть сверхзвуковым. Таким образом, если считать известными полные давления, температуры торможения и приведенные скорости газовых потоков во входном сечении цилиндрической камеры смешения, а также соотношение расходов п = Сэ/61 или площадей а = =г"1/гм то, пользуясь уравнениями, выведенными в этом параграфе, можно определить конечные параметры смеси газов на выходе из эжектора.
Рассмотрим, какими условиями связаны между собой величины, которые должны быть заданы для расчета. Температуры торможения эжектирующего и эжектируемого газов обычно известны; полные давления известны или легко определяются по параметрам газов перед соплами эжектора и коэффициентам сохранения полного давления в соплах. Что касается значений приведенной скорости газов Л~ и Лк то они до расчета камеры смешения и диффуэора, вообще говоря, неизвестны и могут быть раэ55з 516 Гл. ьх. РА30Вые эькектоты личными на различных режимах работы одного и того же эжектора.
Поэтому в большинстве случаев для расчета эжектора приходится задаваться рядом значений )о и Хт и находить зависимость конечных параметров эжектора и его равмеров от скоростей газов во входном сечении камеры. По этой зависимости и выбирают оптимальный режим или режим, соответствующий условиям данной конкретной задачи. Такими условиями могут я быть, например, полу- РР' чение данного статичет 'й и ского давления смеси шг выходе, получение заданного коэффициента зжекции при наивысшем полном давлении смеси или минимальном диаметре камеры смешения, получение максимальной реактивной тяги и т. п. Так, на рис. 9Л1 приРм (О ведена полученная та- 74 ким способом сетка 0,0 ч кривых р;/р~ =~(Хюи) (г и=00 для заданного отноше- ния полных давлений 400 От 0т 01 04 00 00 ут 00т газов р',1р', = 5.
Ркс. 9.И. Зависимость степени повышения то полное давление $ / Ф ПОЛНОГО ДВВЛЕВКЯ РвуРЗ В ЭжЕКтОРЕ От ПРК- смеси газов увеличиваведеввой скоРости вжекткРУемого газа ка ется с уменьшением входе в камеру смешения; Пс = 5, Х1 = 1,0, 6 = 1, ь = 1,1. вь — линия предельных зза- коэффициента зжекчевкй Хь ции и — при этом уве- личивается энергия эжектирующего газа, приходящаяся на единицу расхода эжектируемого газа.
Кроме того, при данном значении и полное давление возрастает с увеличением начальной скорости эжектируемого газа, что объясняется согласно (2) уменьшением потерь при смешении потоков. Следует иметь в виду, что при различных значениях Хт для получения данного коэффициента эжекции необходимо выбирать согласно формуле (14) различные значения геометрического параметра а. Поэтому точки кривых и = сопв1 на рис. 9Лт соответствуют различным эжекторам: чем больше Лв, тем меньше относительная площадь камеры смешения (больше величина а).
Выбирая значения приведенной скорости Х1 и Хв для расчета эжектора, необходимо учитывать, что эти величины не являются независимыми. На любом режиме работы эжектора при задан- В Х РАСЧЕТ ГАЗОВОГО ЭЖЕКТОРА 517 ных полных давлениях газов величины Л1 и Ла свяэаны дополнительными условиями, ограничивающими область воэможныхскоростей потоков. Эти условия различны в эависимости от того, являются потоки доэвуковыми или сверхэвуковыми. Если оба потока во входном сечении камеры смешении доэвуковыь; т.
е. Л1 <1 и Ла(1,'то можно считать, что статическое давление постоянно по всей площади входного сечения камеры. Это условие свяэывает между собой значения Л~ и Лм так как при р~ = ра имеем р,я(Л,) = р,я(Ла), или я(Л,) = Поя(Л,). (24) Таким образом, при дозвуковой скорости потоков произвольно можно задать приведенную скорость только одного из них, скорость другого при этом определяется отношением полных давлений газов.
Для каждого значения П, = р,/р, можно выбрать такое значение коэффициента скорости Ле при котором, как следует иэ уравнения (24), Это значение Ла ограничивает область докритического истечения эжектирующего газа иэ сопла: при всех больших значениях Ла истечение газа будет происходить под сверхкритическим перепа- Ф ! дом давлений р,у'ра. Если в сопле эжектирующего газа отношение давлений превышает критическое аначение, то скорость истечения газа из сужающегося сопла достигает скорости звука (Л1 = 1), и струя покидает сопло со статическим давлением, более высоким, чем давление окружающего сопло потока эжектируемого газа.
При этом равенство давлений р| и ра и вытекающее из него соотношение (24) между возможными значениямп Л~ и Ла не соблюдаются. То же будет и в случае применения. в эжекторе сопла Лаваля с неполным расширением; при этом с некоторого значения По на срезе установится постоянная скорость (Л| = Ла~), не зависящая от статического давления в эжектируемом потоке. Прн постоянном значении Л~ = 1 (нерасширяющееся сопло) или Л1 = Л,| ) 1 приведенная скорость эжектируемого газа Ла может иметь различные значения. Однако произвольно выбирая значение Ла для подстановки в расчетные уравнения, нельзя заранее быть уверенным, что такой режим работы эжектора реально осуществим. Имеется предельное значение Ла, ограничивающее область возможных режимов; реальны лишь режимы, соответствующие ЛЗ~Ла .
Ниже в $4 этот вопрос рассмотрен подробнее. 34 Г Н. Аэраааоаач, ч. а Гл. Зх. ГА30Вые эжектогЫ 518 з 4. Критические режимы работы эжектора. Запирание эжектора Эксперименты показывают, что для каждого эжектора при заданных начальных параметрах торможения газов имеется некоторое максимальное значение коэффициента эжекции п и соответствующие ему максимально возможные значения расхода и скорости эжектируемого газа. Никаким снижением давления на выходе из эжектора не удается превысить эти предельные значения.
Явление это напоминает работу сопла Лаваля на режимах, когда в минимальном сечении его достигнута скорость звука; скорости газа во всех сечениях дозвуковой части при этом принимают предельно возможные значения и не зависят от давления на выходе из сопла. Режим работы эжектора, при котором коэффициент эжекции не зависит от давления на выходе из диффузора, называется критическим. Особенности работы эжектора на критическом режиме связаны с характером течения в начальном участке смеси- тельной камеры — между входным сечением и сечением запирания 1' (рис. 9.6). Как уже указывалось, дозвуковой поток зжектируемого газа движется здесь по каналу с уменьшающимся сечением, ограниченному стенками камеры и границейсверхзвуковой эжектирующей струи.
Скорость эжектируемого потока в минимальном сечении — оно совпадает с сечением запирания— не может превысить скорости звука; этим н определяются предельные значения скорости во входном сечении и максимального расхода эжектируемогогаза. Длятогочтобы определить зти максимально возможные значения, необходимо найти соотношении между параметрами потоков во входном сечении и в сечении запирания.
Из приведенного выше описания физической картины течения следует, что на рассматриваемых режимах оба потока между указанными сечениями движутся с ускорением, практически не смешиваясь между собой. Поток эжектируемого газа на этом участке можно считать одномерным, т. е. параметры его полагать постоянными по сечению.
Что касается течения эжектирующего газа — сверхзвуковой недорасширенной струи, то, как указывалось в гл. ЪП, з 6, этот поток характеризуется существенной неодномерностью, параметры газа в нем сильно меняются от оси к периферии. Детальный расчет такого течения проводится с помощью специальных методов, которые в данной книге не рассматриваются. Для расчета зжектора, однако, внутренняя структура потока несущественна, важны только некоторые его интегральные характеристики, и потому можно воспользоваться более простыми методами, основанными на осредненпи параметров неодномерного газового потока (см. гл. Ч, З 8).
Так же, как при рассмотрении Э 4. КРИТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЖЕКТОРА 919 свободной недорасширенной сверхзвуковой струи (см. гл. У11, з 6), будем характеризовать эжектирующий поток в сечении запирания некоторыми средними, постоянными по всему сечению значениями скорости, давления, температуры; полное давление, температура торможения и расход, как и для потока эжектируемого газа, сохраняются такими же, как на входе в камеру смешения '). При этом условии из уравнений неразрывности каждого из потоков между входным сечением камеры и сечением запирания (рис.
9.6) легко получить соотношения Р47(Лд)=- Г49(Л ) РэЧ(Л) = РэЧ(Лэ) Поскольку суммарная площадь потоков в обоих сечениях одинакова, т. е. рд+ Гэ = рт+ Г„ или р и (26) то, заменив отношения площадей отношениями соответствующих величин д1(Л) согласно уравнениям (25), можно получить ( 1) ( ( 2) ч (Л,') 9 (Л,')' или (27) (28) Из последнего уравнения видно, что при а = сопз$ и увелид ъ чении пРиведенной скоРости Л,(Л,) 1), когда д7(Лд) Уменьшается, величина д(Лэ), а следовательно, и скорость зжектируемого потока на входе в камеру смешения уменьшаются. Если величина Л, увеличится настолько, что значение функции д7(Л4) станет равным д7(л ) = „~ ~д1(Л,) = Р' д7(л,), э (29) ') Васильев Ю.
Н. Теория сверхзвукового эжектора с цилиндрической камерой смешении Г Лопаточные машины и струйные вппаратьь вып. 2.— Мл Машиностроение, 1967. 34* Для критического режима работы зжектора, когдаЛ, =1, отсюда следует 599 Гл. гх. ГА30Вые эжектогы то из уравнения (27) получим о()т)= О, т. е. ).т = О. При этом втекание эжектируемого газа в камеру прекращается, эжектирование не происходит. Физически это означает, что при таком значении ), расширяющаяся эжектпрующая струя в максимальном сечении заполняет всю площадь камеры смешения и для прохода эжектируемого газа не остается места. Это явление называется лапираяиелг эжектора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
