Часть 1 (1161645), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Независимо от знака величины 4хз из двух последних соотношений видно, что численное значение функции з(Хз) будет лежать между величинами з(Х~)) 2 и г()х) > 2. Исключая как не представляющий интереса случай Х~ = ) х = 1 (4о1 = юх = и>а), устанавливаем, что для любых начальных условий при О = 1 из уравнения (37) определяется значение з(Ха)) 2, которое соответствует двум действительным значениям ) з, отличающимся от единицы. Таким образом, при равных температурах торможения газов звуковой режим течения смеси на выходе из камеры невозможен. Если температуры торможения смешивающихся газов различны (о Ф 1), то из уравнения количества движения, наряду с действительными решениями г (Хз) ) 2, при определенных сочетаниях начальных параметров газов могут быть найдены решения з(Хз)(2, соответствующие физически невозможным режимам течения и указывающие на то, что принятые значения скорости и расхода эжектируемого газа не могут быть реализова- 534 Гл.
тх. Глэовык эжвктогы ны. Область реальных реяшмов ограничивается звуковой скоростью течения на выходе из камеры. Из уравнения (37) легко определить, при какой скорости зжектируемого газа наступает этот режим. Положив з(Хз) = 2, паходим 2')~(п+1) (пО+1) — з(А,) х()сз) = з Рсз)пнп— и (/9 В области дозвуковых скоростей минимальному значению ;(Хз) соответствует максимально возможное значение приведенной скорости зжектируемого газа Хз. Это значение Хз может оказаться меньшим предельного значения Хз,ю которое мы выше находили из условий достижения скорости звука в сечении запирания (Х,= 1).
Таким образом, здесь реально возможные режимы работы зжектора ограничены кризисом течения смеси в выходном сечении камеры смешения (Ха = 1). Это возможно только при значительном раз- 'У личин начальных темп=20 узз иератур торможения Х газов как при 0 ) $, йз так н прн О( т, при- чем свидетельством вызз хода в область нового ограничения режима Е является получение из уравнения (37) вели- 4 чины з(Лз) < 2. На рнс. 9 49 приве- дены результаты рае- ю~3' чета предельных режиРис. 939, Предельные режимы работы ожек- мов звуковых зжектотора, соответствующие авукоаой скорости ров с различными насмеси в выходном сечении камеры; й = $,4 чальными параметрами. Нинте каждой из кривых, показанных на графике, находится область, в которой предельный режим определяется сечением запнрания, и звуковое течение на выходе нз камеры не реализуется.
При большем различии в температурах торможения скорость зжектнрования лимитируется авуковым режимом в выходном сечении камеры. Ф ! Ф Чем больше отношение давлений газов рт/ра = П,, тем большим должно быть различие температур, при котором возможен кризис течения на выходе из камеры. Отметим, что кризис течения на выходе из цилиндрической смеснтельной камеры возможен в ряде случаев и при равных температурах торможения газов, если в процессе смешения к газу подводится тепло нли если в камере имеются значительные потери, связанные с трением о стенки.
з т. осоннниости глисты свивхзвлкового эжнктовл б9б 5 7. Особенности работы эжектора со сверхзвуковым соплом При выводе основных уравнений для расчета смесительной камеры, а также при рассмотрении условий существования режима не вводилось каких-либо ограничений величины приведенной скорости эягектирующего газа в выходном сечении сопла Хь Поэтому изложенный вьппе метод расчета смесительной камеры по конечным сечениям в равной степени применим к эжекторам как с нерасширя|ощимся, так и со сверхзвуковым соплом эжектирующего газа. Однако протекание процессов в начальном участке камеры в случае применения сверхзвуковоГо соила иыеет некоторые особенности.
При сверхкритических отношениях давлений эжектирующий газ покидает нерасширяющееся сопло со звуковой скоростью, причем статическое давление в нем превышает давление в окружающем его эжектнруемом газе; дальнейшее расширение и разгон газа до сверхзвуковых скоростей происходит в начальном участке свободной струи. Если применить расчетное сверхзвуковое сонно, то расширение газа произоидат .палнастьгп внутри сопла, на срезе сойла давление газа й1 сравняется с давлением эжектируемого потока лз; рассмотренного выше начального участка не будет.
Различие меясду этими процессами состоит в том, что течение газов в начальном участке свободной струи происходит без воздействия внешних сил, т. е. при сохранении суммарного импульса потоков, в то время как при ускорении в сверхзвуковом сопле вследствии силового взаимодействия с его стенками суммарный импульс потока может измениться. В первом случае сверхзвуковой поток в сечении запирания существенно перерасширен: в центральной части потока статическое давление значительно ниже, а скорость соответственно выше, чем на границе струи. Во втором случае при надлежащей профилировке сопла можно на выходе из него получить сверхзвуковой поток с постоянными по всей площади параметрамй йстатическим давлением, равным давлению в окружающем его эжектируемом потоке.
Осредняя в звуковом эжекторе параметры эжектирующего потока в сечении запирания так, чтобы сохранить значения расхода, импульса и энергии, получаем, как указывалось выше, некоторый эквивалентный одномерный поток, статическое давление Ф в котором р, меньше, а приведенная скорость Х, больше, чем ь при расширении газа от начального полного давления рг до статического давления рз в идеальном сверхзвуковом сопле. Скорость же эжектнруемого потока в сечении запирания при данном значении рз будет в обоих случаях одинаковой и, в частности, на критическом режиме равной скорости звука.
гл. гх. глзовыи эжкктогял Таким образом, разность средних скоростей эжектирующего и эжектируемого газов перед смешением в случае нерасширяющегося сопла будет большей, чем для расчетного сверхзвукового сопла, где отсутствует перерасширение газа в сечении запирания. Ббльшими будут и потери на удар при смешении потоков. Другим следствием перерасширения потока и увеличения средней величины Х~ для зжектора с нерасшнряющимся соплом является увеличение площади эжектирующей струи в сечении запирания Гг по сравнению с площадью выходного сечения расчетного сверхзвукового сопла. Поскольку при заданном расходе Ф зжектируемого газа площадь критического сечения Гз одинакова в обоих случаях, то суммарная площадь потоков в сечении запирания Р, + Р, для зжектора с нерасширяющимся соплом будет большей, чем для эжектора с расчетным сверхзвуковым соплом.
Иными словами, применение сверхзвукового сопла позволяет при заданных начальных параметрах и расходах газов получить зжектор с меньшей площадью камеры смешения. Очевидно, что различие в площади камеры будет тем больше, чем больше отношение давлений Пю т. е. чем больше увеличение площади потока в сечении запирания, и чем меньше коэффициент эжекции. С уменьшением относительной площади камеры, как уже указывалось, можно при тех же начальных параметрах газов и Хз ( 1 получить эжектор с большей напорностью.
Поэтому в случае больших отношений давлений (Пе ) 5 — 7) и при малых значениях коэффициента эжекции (и ( 0,4 — 0,5) может быть целесообразным применение в эжекторе сверхзвукового сопла для эжектирующего газа. Результаты расчетов эжектора для различных сочетаний начальных параметров и расходов газов показывают следующее: если эжектор работает на критическом (т. е. наивыгоднейшем) режиме и скорость смеси превышает скорость звука (Хз ) 1), то полное давление смеси на выходе из камеры рз практически одинаково для эжекторов с нерасширяющимся и сверхзвуковым соплом даже при весьма больших значениях отношения давлений (Пз = 20 — 100) и при любых коэффициентах эжекции; процесс смешения происходит в ускоряющемся потоке, потери на удар невелики и различие между ними в различных эжекторах несущественно.
Однако поскольку потребная площадь камеры смешения при сверхзвуковом сопле получается меньшей, то меньше и величина Хз сверхзвукового потока, так как при 6 = сопз1, Т, = сопз1 и р, = сопз$ Если в выходном сечении камеры возникает скачок уплотнения (как указывалось, это соответствует наивыгоднейшему критиче- б 7. Осовенности РАБОты сВеРхзВУЯОВОГО э2кектОРА 537 скому режиму работы эжектора с дозвуковым потоком на выходе из диффузора), то потери полного давления в нем будут меньшими в случае сверхзвукового сопла, при котором меньше скорость сверхзвукового потока перед скачком.
Таким образом, при работе эжектора на критическом режиме с дозвуковым потоком смеси применение сверхзвукового сопла позволяет получить а большее значение полного давления рю Это преимущество сохраняется также и при работе на докрптпческнх режимах(ив(1), следовательно, во всех случаях, когда в выходном сечении камеры поток дозвуковой. Возникает вопрос, на какое отношение давлений должно быть рассчитано сверхзвуковое сопло, чтобы полное давление смеси газов было наивысшим? Это можно установить исходя из того, что при оптимальном сопле площадь эжектирующей струи в сечении запнрания будет наименьшей для заданного расхода и начальных параметров газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
