Часть 1 (1161645), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Из теоретических и экспериментальных исследований нерасчетных сверхзвуковых струй известно, что максимальная площадь первой «бочки» струи будет тем меньше, чем меньше избыточное статическое давление на срезе сопла, т. е. чем меньше степень нерасчетности. Поскольку максимальная площадь первой «бочина свободной струи всегда больше площади выходного сечения идеального сопла Лаваля, то естественным был бы вывод о том, что площадь струи в сечении запирания будет наименьшей, если степень расширения сверхзвукового сопла эжектирующего газа будет соответствовать располагаемому отношению давлений С Р2 1 2) Расчеты, однако, показывают, что наивыгоднейшие параметры эжектора получаются при степени расширении сопла, заметно меньшей-расчетяого значения На рис.
9.20, 9.21 приведены расчетные кривые Ю. Н. Васильева, показывающие изменение полного давления смеси газов (ХЗ ( 1) в зависимости от выбранной величины приведенной скорости эжектирующего газа в выходном сечении сопла 71 при постоянных значениях коэффициента эжекции и отношения полных давлений газов. Кривые п = сопз1 соответствуют, таким образом, эжекторам с одинаковыми начальными параметрами и расходами Газов, но с различной степенью расширения сверхзвукового сопла эжектирующего газа. Значение Х~ = Ха1 соответствует расчетному сверхзвуковому соплу (для По = 10, )а1 = 1,85; для По = 50, )о 1= 2,09) ° Из графиков на рис.
9.20 и 9.21 видно, что степень расширения сверхзвукового сопла существенно влияет на эффективность эжектора, в особенности при малых значениях коэффициента эжекции. Максимальное значение полного давления газов полу- 35 Г. Н. Абрамович, ч. 1 ГЛ. ГХ. ГАЗОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ в дтг б 7 7б 7У 74 7б 7б Аг б 7б 7У 74 7б 7б ф7 4 г Рис. 9.21. Параметры зжекгороз со сверхзвуковым соплом в зависимости от приведеввой скорости в выходном сечении сопла; Пз = 50, й = 1,4 Рис. 9.20. Параметры зжекторов со сверхзвуковым соплом в аависимости от приведеииой скорости в выходяом сечении сопла; По = =10,а=14 сечения первой «бочки» струи, перерасширение газа в этом сечении и суммарные потери полного давления в системах скачков в начальном участке струн уменьшаются, если увеличить силу, действующую на струю со стороны ее границ в направлении движения газа.
Это означает, что для уменыпения максимальной ст площади струи и снижения потерь целесообразно увеличива епень расширения сопла лишь до таких значений, при кототь рых сила реакции, действующая на стенки сопла в направлении, обратном движению газа, будет увеличиваться.
Статическое давление в эжектируемом потоке переменно и о ычно уменьшается по длине камеры, поэтому эффективность ~) Че ркез А. Я. О некоторых свойствах сверхзвукового течения в иачальиом участке газового зжектора 77 Иав, АН СССР. ОТН.— 1962.— № 6. чается при Л = Л < Л р ~ = о Л,ь т. е. соответствует соплу с неполным расширением. Из изложенных выше соображений следует, что при этом значении Л~ площадь эжектирующего потока в сечении запирания удет минимальной, т. е.
меньшей, чем площадь выходного сечения расчетного сопла Лаваля. Физич изическии смысл этого результата, на первый взгляд противоречащего известным свойствам нерасчетной сверхзвуковой струи, можно выяснить при помощи данных, полученных в т 6 гл. »711'). П и ас ри рассмотрении закономерностей начального участка недорасши р ширеннои сверхзвуковой струи было доказано следующее положе- ~з ние: площадь максимального дг 7б 9 7. ОсОБеннОсти РАБОты свеРхзвукового эжектОРА 539 калсдого дополнительного участка сверхзвуковой части сопла Лр' (в отношении влияния на максимальную площадь струи н потери полного давления) может быть оценена по величине и знаку силы реакции на стенках этого участка бр = ) (р, — р,) (й, (АР) где р1 и рг — давление внутри и снаружи сопла соответственно.
Пусть сопло выполнено с расчетной степенью расширения, т. е. в выходном его сечении статические давления эжектирующего и эжектируемого газов равны. Рг Чтобы установить, яв- Ее Х„,=(,"т ляется лп такое сопло (рпс. 9.22) оптималь- р,т 7' г ным в указанном выше смысле, определим, /Я1 Е,Я >(в)=р з г как меняется статическое давленне в каж- с' с дом из потоков на неболыпом участке с — с Ркс.
9.22. Схема зжектоэв с Рзсчетпым сверхзвуковым соплом вблизи выходного сечения сопла. Из уравнения неразрывности потока прп С = сопзг, рв =сопзс и Т" = сонэк следует Гд(Х) = сопя)„ причем статическое давление в любом сечении равно р = р*л(Л). Логарифмированием и дифференцированием этих соотношений получаем ЕЕ ЕЧ (Е) йр Ел (Х] Е о~ф) ' р л(Ц Записав последние соотношения в виде бй' = — бд (Х) и .бр = бл (Х), или бр бл (А) бр бо (Е) ' (38) будем считать их приближенно справедливыми н для малых конечных приращений параметров, связанных с переходом от сечения с к сечению с и соответствующим изменением площади сопла Р~ на величину Лг', = сг — Р, и площади г"г на величину Ьрг = — Лрь 35* Гл. гх.
ГА30Вые эгкекторы Записав выражения вида (38) для каждого из потоков на участке с — с' и обозначив логарифмическую производную бп (Л) бя (Л) 6Л 24 Лз бд (Ц бЛ бч(Л) Ь+ Х можно получить 6Рз 6Рз Ь(Л) бр бр ь (л,)' (39) Поскольку абсолютные значения р1 п рт в сечении с одинаковы и бр ЬРз Р! ЬР Р ЛР то из выражения (39) можно получить соотношение между приращениями статических давлений в потоках на участке с — с' в виде ар, ь(л ) л. ь(л,) ' ЕЕа рис. 9.23 приведен график функции Ь(Л) для й = 1,4.
В области дозвуковых скоростей Ь(Л) ( О, прп Л > 1 Ь(Л) ) О, при р 0(1) уу г(т' ' (гг 1~ (у гг гу 1гт— Рис. 9.24. Изтгенение статического давления внутри (1) и вне (2) расчетного сверхзвукового сопла эжектора на критическом режиме: -4 Рис. 9.23. График функции Ь(Л) = = би(Л)гбд(Л), Ь = 1,4 Л вЂ” 1 (Ь(Л)! — . Последнее означает, что в околозвуковом зжектируемом потоке абсолютная величина Ь(Л) будет значительно больше, чем в сверхзвуковом зжектирующем потоке, и прп любом конечном значении сг для критического режима работы зжектора (Лт — — 1) получается Лрз» Лрь Другими словами, давление с внешней стороны сопла будет при уменьшении и"г 3 е ОсОБеннОсти РАБОты сВеРхзВУкОВОГО эжектОРА 54( возрастать значительно быстрее, чем давление газа внутри сопла; поскольку в сечении с р~ =рь то вблизи среза расчетного сопла всегда будет участок, на котором давление рз будет больше, чем ро Расчеты показывают (рнс.
9.24), что действительно на конечном участке расчетного сверхзвукового сопла при всех значениях Пс, и и а давление во внешнем потоке выше, чем во внутреннем. Сила реакции ЛР, действующая на стенки этой части сопла, направлена в сторону движения струи, т. е. ЬР (О. Как было установлено выше, действие этой силы приводит к увеличению площади максимального сечения струи. Если отбросить концевую часть сопла от сечения, где р1=рж то суммарная сила Избыточного давления, действующая на поток со стороны стенок сверхзвуковой части сопла '), возрастет и площадь максимального сечения струи уменьшится. При этом появляется возможность уменьшить суммарную площадь канала, если заданы параметры и расход внешнего потока и, следовательно, площадь его критического сечения г'„>ь Если сохранить постоянной площадь канала, то увеличится расход внешнего газа — режим работы отдалится от режима запирания.
Одновременно из-за уменьшения перерасширения газа снизятся суммарные внутренние потери в скачках уплотнения на начальном участке струи и позы- )т сится полный напор полученной смеси газов. г Заметим, что при Пз ( 5 и малых значениях коэффициента 7 эжекции участок местного пере- расширения велик, и суммарная сила реакции на сверхзвуковой части расчетного сопла Лаваля г р; оказывается направленной по по- «н (4 (77 "'~ >г "(4 ~ ТОКУ. ПеРехоДЯ в этом слУчае, Рнс 925 И едельное Отношение нерасшнряющемуся соплу, т. е полных давлений газов (Режим отбросив всю сверхзвуковую часть запнраннн) длн >жекторов со сопла Лаваля, можно получить звгновым (1) н Рнсчехным свеэх- звуковым (2) соплом указанный выше полезнын эффект.
Действительно, расчеты и опыты показывают, что при малых значениях Пв звуковой эжектор обеспечивает большее полное давление газа и запирается прн ббльших значениях Па и а (рис. 9.25), чем эжектор с рас- Р> ') Эта сила, разная Р = ) (Р— Р ) «(Р, пропорцновальна площади, Рнр заключенной между кривыми р, н Рн на рнс. 9.24. В «петле> верерасшнроннн ме;нду точками пересечевня кривых сила отрнцательна. Гл. гх. ГАзОВые эжектогы четным сверхзвуковым соплом.
При По ) 5 имеем всегда Р > О, поэтому зжектор с расчетным сверхзвуковым соплом эффектив- нее звукового элсектора, хотя и уступает в эффективности эжек- тору с оптимальной степенью расширения сопла. На рис. 9.26 приведены зависимости Р,/Р, = У(пУО), где Є— расчетная, Р, — оптимальная площадь выходного сечения сопла. Эти зависимости аппроксимируются формулой о —" = 0,7+ 0,3п угО, р 1 (40) г(7 рг цЗ аа ау иа Рвс. 9.26. Соотпогпаппв между площадью выходного сечения оптпмального и расчетного сверхзвукового сопла справедливой для По =5 — 300 при пУО =0 — 0,6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
