7.2. Особливості газодинамічних процесів у ежекторі

Схематичний розріз одного з основних елементів машини – ежектора представлено на рис.7.2. Сопло виконується за типом сопла Лаваля. Воно складається із частини, яка звужується, та частини, яка розширюється і спрофільовано таким чином, щоб у дозвуковому режимі його переріз зменшувався доти, доки швидкість потоку не стане рівною звуковій. Для переходу через швидкість звуку і подальшого прискорення потоку сопло повинне розширюватися. В цьому випадку для створення кінетичної енергії потоку буде використано весь перепад тиску від тиску робочої пари на вході у сопло р_р до тиску всмоктування холодної пари р₂.

Ежектори холодильних машин працюють при великих степенях розширення робочої пари (р_р/р₂=50) та великих степенях стискання (р_к/р₂>2,5), тому для збільшення граничного коефіцієнта ежекції та збереження великої степені стискання камеру змішування в цих апаратах виконують з двох частин: конфузора та циліндричної частини – горловини.

Рис.7.2. Схема ежектора

Робоча пара з тиском р_р та температурою t_р підводиться до сопла, де його тиск знижується до тиску в приймальній камері р₂, а швидкість зростає від _р до _р1. Ця швидкість в перетині f_p1 на виході із сопла більша критичної швидкості _кр, яка досягається у самому вузькому місці сопла.

Робоча пара, що виходить із сопла в приймальну камеру, підсмоктує із камери холодну пару, швидкість якої незначна. По мірі віддалення від сопла масова витрата рухомого потоку безперервно збільшується за рахунок приєднання маси холодної пари та збільшується поперечний переріз рухомого потоку. На деякій віддалі від виходу із сопла потік, що рухається до камери змішування, заповнює весь простір приймальної камери. Профіль швидкості потоку при цьому буде нерівномірним: найбільша швидкість близька до швидкості виходу пари із сопла – у центрі, а найменша – поблизу стінок. Переріз, де площа надзвукової струмини стає найбільшою, називається перетином закривання. До цього перерізу потоки практично не змішуються, а інтенсивне змішування починається за цим перерізом. З віддаленням від сопла границя між потоками розмивається, надзвукове ядро потоку зменшується, поступово вирівнюються швидкості внаслідок обміну імпульсами між частинами, що рухаються з різними швидкостями, та підвищується тиск по перерізу камери. На виході з камери змішування маємо середній статичний тиск р₃ та середню швидкість ₃. Далі потік поступає у дифузор. В останньому швидкість потоку падає, кінетична енергія перетворюється у потенціальну та теплоту. Якщо ігнорувати втрати від тертя, то тиск за ежектором можна вважати рівним тиску конденсації р_к.

Процеси характерні для камер змішування описуються трьома законами:

– збереження енергії , де – коефіцієнт ежекції;

– збереження маси ;

– імпульсів, який для конічної камери може бути записаний:

,

де швидкості відповідно робочої і холодної пари у перетинах 2-2 та 3-3, статичні тиски у відповідних перетинах та площа перетинів холодного і робочого потоків при вході у камеру змішування, та змішаного потоку на виході з камери; інтеграл імпульсу сил на площу поверхні камери змішування між перетинами 2-2 та 3-3.