Часть 1 (1161645), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Между сечением запирания и выходным сечением камеры площадь сечения выделенной трубки тока эжектируемого газа увеличивается — это следует из закономериостей течения нерасчетной сверхзвуковой струи, согласно которым максимальное се- ГЛ. 2Х. ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ чение первой «бочки» является наибольшим сечением струи, возможным при 6 = сопзь ($ 6 гл. УП). Уравнение (49) гл. У, определяющее изменение скорости потока под влиянием внешних воздействий, в данном случае можно записать в виде Лв 2У (м' — ц — ' = — — — ы.
и д 2 Согласно этому уравнению, увеличение площади сечения (Иг" ) > О) и подвод механической энергии (221'(О) качественно оди- наковым образом влияют на скорость течения: оба эти вида внешнего воздействия вызывают торможение (22п2 ( О) дозвуко- вого потока и ускорение сверхзвукового потока. Если скорость эжектируемого газа в минимальном сечении дозвуковая (докритические режимы эжектора, ),(1), то при дальнейшем течении скорость потока в камере будет уменьшать- ся, оставаясь дозвуковой. Таким образом, при докритических режимах работы эжекто- ра, несмотря на наличие сверхзвуковой скорости в эжектирую- щей струе, эжектируемый газ в результате смешения не может приобрести сверхзвуковой скорости.
Скорость смеси в камере бу- дет дозвуковой, т. е. 122 ( 1, Если скорость эжектируемого газа в сечении запирания рав- на скорости звука (критические режимы работы эжектора), то увеличение площади сечения приводит к тому, что поток эжек- тируемого газа становится сверхзвуковым, н скорость его про- должает увеличиваться. В результате переноса механической энергии из сверхзвукового эжектнрующего потока в сверхзвуко- вой эжектируемый первый поток тормозится, второй ускоряется, скорости потоков сравниваются по величине и могут остаться сверхзвуковыми в выходном сечении камеры, если не возникнет скачок уплотнения. Таким образом, сверхзвуковой режим тече- ния смеси становится возможным только при критическом режи- ме работы эжектора.
Приведенный выше анализ усложняется, если температуры торможения газов различны, т. е. ОФ1. В этом случае к рас- смотренным двум видам воздействия на эжектируемый поток до- бавляется существенное тепловое воздействие; здесь могут быть получены качественно новые результаты. С приближением к критическому режиму увеличение скоро- сти течения на выходе из камеры не происходит непрерывно; при достижении )2, = 1 скорость смеси изменяется скачкообразно от дозвуковой (ЛЗ) до сверхзвуковой (1/)22), минуя некоторую область околозвуковых режимов, подобно тому как изменяется скорость потока на выходе из сопла Лаваля при постепенном увемичении перепада давлений. Это можно видеть на фотогра- фиях потока в начальной части смесительной камеры (рис.
9.9 и 5 В. О РЕЖИМЕ НА ВЫХОДЕ ИЗ СМЕСИТЕЛЬПОЙ КАМЕРЫ 53з 9.12). На рис. 9.9 режим работы эжектора докритический. Ядро. сверхзвуковых скоростей в зжектирующем потоке уменьшается, на выходе из эжектора скорость дозвуковая. При незначительном увеличении давления перед соплом режим работы становится критическим, причем картина течения резко изменяется (рис. 912): характеристики, пересекающие поток, свидетельствуют о наличии сверхзвуковых скоростей, соответствуюгцихХ = 1,6.
Поток смеси при этом эксперименте оставался сверхзвуковым и на выходе из камеры. К выводам, полученным выше из качественного рассмотрения упрощенной схемы течения в камере, можно прийти и иным пу- $ / ч тем, анализируя обычную характеристику эжектора Р4(Р2 = 7(я) представленную на рис. 9.17. Как указывалось, изменение рабочего режима эжектора при снятии такой характеристики достигается изменением статического давления на выходе из эжектора при постоянных условиях на входе. Пологая ветвь характеристики '(АВ) соответствует докритическим режимам.
Уменьшение противодавления здесь приводит к увеличению коэффициента эжекции, т. е. к росту скорости эжектируемого газа и разрежения на входе в эжектор. Отсюда можно заключить, что в смеси- тельной камере нет таких сечений, где оба потока (или поток: смеси в целом) сверхзвуковые, так как в этом случае передача возмущений вверх по течению невозможна. Следовательно, на режимах, соответствующих пологой ветви характеристики, реализуется дозвуковое течение в выходном сечении камеры и Хз ( 1.
Точка В характеристики соответствует такому режиму, когда в сечении запирания энсектируемый поток становится звуковым (Х, = 1). После этого, действительно, дальнейшее снижение противодавления не изменяет расхода газов через эжектор. Постоянные предельные значения, не зависящие от противодавления„ принимают коэффициент эжекции и и параметры смеси газов— приведенная скорость Аз и полное давление р,.
В случае доавунового течения (Аз(1) при этом был бы постоянным коэффициент сохранения полного давления в диффузоре о„ =1()з), а следовательно, и полное давление газа на выходе из диффузора р, =о„р,. Другими словами, все режимы работы эжектора, соответствующие противодавлению, меньшему критического значения, при Хз ( 1 выражались бы одной точкой характеристики В(р, = совз1, п = сопзг). Однако экспериментальные данные показывают, что характеристика эжектора не обрывается в точке В; снижение противодавления на критическом режиме всегда приводит к падению полного давления смеси при постоянном значении коэффициента эжекции (ветвь ВС).
Легко убедиться, что это возможно только при сверхзвуковой скорости потока на входе в диффузор. Действительно, при Хз ) 1 диффузор работает ''з32 гл. гх, РА30Вые эжектогы как расширяющаяся часть сопла Лаваля на нерасчетном режиме (З 2 гл. 1'т'). С уменьшением противодавления скачок уплотнения приближается к выходному сечению диффузора, приведенная скорость перед скачком и потери полного давления в скачке возрастают, что приводит к снижению величины О, и уменьше;нию Г4 при Аз = сопят, р, =сопзс и и = сопп$.
Таким образом, наличие вертикального участка ВС на характеристике эжектора свидетельствует о том, что при критических режимах работы эжектора реальным является сверхзвуковое течение на выходе из смесительной камеры. При достаточно низком противодавлении на критическом режиме поток смеси может остаться сверхзвуковым и на выходе из диффузора. Это может представлять интерес в тех случаях, когда используется скоростной напор потока смеси или возникающая при истечении реактивная сила; полное давление смеси при этом будет значительно выше, чем при Х4'( 1.
Однако в обычных схемах работы эжектора требуется получить возможно большее статическое давление газа на выходе из эжектора. Для этого сверхзвуковой поток, полученный на выходе из камеры смешения при критических режимах работы эжектора, необходимо перевести в дозвуковой. Принципиально здесь возможно применение сверхзвукового диффузора, где торможение будет происхо,дить без скачков или в системе скачков с небольшими потерями.
Обычно, однако, в эжекторах применяются конические диффузоры дозвукового типа, в которых сверхзвуковой поток тормозится с образованием скачка уплотнения. Если считать скачок уплотнения прямым, то легко видеть, что минимальные потери полного давления в нем будут тогда, когда скачок располагается непосредственно перед входным сечением диффузора, т. е. возникает в сверхзвуковом потоке с приведенной скоростью Хз. Эа скачком приведенная скорость потока в этом случае будет равна 1/Хз (1, что соответствует дозвуковому решению уравнения (37) )4. Точно так же значения полного и статического давлений за скачком — на входе в диффузор — в этом случае получаются такими, как при дозвуковом режиме течения смеси для заданных начальных параметров газа.
Таким образом, при проектировании эжектора, который при работе на критическом режиме должен давать дозвуковой поток смеси, приведенную скорость Хз следует находить из дозвукового решения уравнения (37), т. е. так же, как и на докритических режимах. Это соответствует оптимальному режиму торможения полученного сверхзвукового потока. В выходном сечении диффузора на этом режиме получается максимально достижимое при и = п„значение полного и статического давления смеси.
При любом увеличении давления на выходе (например, при дрооселировании выходной магистрали) эжектор должен перейти на до- % 6. о Режиме ИА выходе из смесительпой кАмГРы 533 критический режим с понижением Ах и и. Однако анализ процесса с учетом трения о стенки камеры смешения показывает, что изменение режима от оптимального к докритпческому происходит не сразу, а постепенно, и требует некоторого конечного приращения величины р4. При достаточно длинной камере смешения возможна область режимов юкектора с критическими условиямп течения в начальном участке, т.
е. йа = )аа4ах. и = па1ах. и дозвуковым потоком на выходе из камеры. При этом скачок уплотнения образуется в некотором промежуточном сечении основного участка камеры и с ростом противодавления постепенно перемещается к сечению запирания. В камере возникает течение, аналогичное движению одномерного сверхзвукового потока в трубе с трением, когда располагаемый перепад давлений недостаточен для поддержания на выходе Х ) 1 (см. 3 7 гл.
Ч). Выше были рассмотрены условия, при которых реализуется дозвуковой или сверхзвуковой режим течения на выходе из смесительной камеры. С помощью уравнения количества движения можно определить условия, когда на выходе из камеры будет получен звуковой режим течения (Хз = 1). Для случая равных температур торможения смешивающихся газов (о = 1) и без учета трения уравнение (37) преобразуется к виду х(А ) + ах(А ) з ()"а) Отсюда легко получить выражения з(Ха) = з(Х,) + — Лз и з()а) = г()а) — Лз, где Ьз = з (Ах ) — з (Х1) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
