4. Газоструйные эжекторы

Согласно классификации струйных аппаратов к газоструйным эжекторам относятся аппараты со степенью сжатия эжектируемой среды Рс/Рн>2,5.

ОПРЕДЕЛИТЬ, ЧТО ТАКОЕ Р_с и Р_н

1. Динамические свойства эжектирующей струи

Схема эжектирующей струи показана на рис.5. Струя формируется соплом, распространяется в начальной части (длина Х¹) и основной (длина Х² – Х¹) до места соприкосновения со стенками смесительной цилиндрической камеры (сечение а – а).

Из рассмотрения полей динамических напоров видно, что до места соприкосновения со стенками струя не отличается от свободной струи. Именно на этом участке (длиной ) происходит подсос окружающего струю газа. Таким образом, чем длиннее путь до места соприкосновения струи со стенками, тем большее количество эжектируемого газа подсасывается в струю. [Проводится аналогия работы струйного аппарата и вакуумного насоса (бустерного)].

4.2.Принципиальная схема и процесс работы струйного эжектора

Рассмотрим газоструйный аппарат, в котором не происходит изменение агрегатного состояния, т.е. рабочим телом является газ, эжектируется тоже газ. Аппараты с большой степенью расширения рабочего тела и умеренной степенью сжатия называются струйными эжекторами (эти же устройства являются ступенями вакуумного насоса).

Рассмотрим аппарат с цилиндрической камерой смешения. Эти устройства получили наибольшее распространение на практике. Экспериментально установлена эффективность цилиндрических и конических камер смешения: для умеренных степеней сжатия – цилиндрические, для повышенных – конические (это следует из закона обращения воздействий: ).

На рис. 6 представлена принципиальная схема струйного эжектора с цилиндрической камерой смешения. Рабочий газ с давлением Р_р и скоростью W_р подводится к рабочему соплу. Поскольку W_р в подводящем трубопроводе, как правило невелика, то Р_р ≈ давлению торможения. Рабочее сопло имеет форму сопла Лаваля, т.е. с критическим сечением и с расширяющей выходной частью. Степень расширения газа в сопле Р_р/Р_н .

Давление газа в сопле снижается от Р_р до Р_р1 = Р_н, а скорость увеличивается от W_p до W_p1. Рабочий газ, выходящий из сопла в приемную камеру со скоростью W_p1 , подсасывает из приемной камеры газ, который поступает в приемную камеру с давлением Р_н.

По мере удаления от сопла массовый расход движущего потока непрерывно увеличивается за счет подсасываемого газа, а поперечное сечение потока растет и на некотором расстоянии от сопла поток касается стенок приемной камеры. В этом сечении 4-4 ( f₄ ) массовый расход G = G_p + G_н, где G_p – расход рабочего газа, G_н - расход эжектируемого газа. В этом сечении профиль скоростей имеет большую неравномерность по радиусу потока: на границе скорость мала, по оси она близка к скорости истечения из сопла W_p1.

Сечение f₄ является конечным сечением приемной камеры и начальным сечением камеры смешения. Т.к. f₄ > f₂ , то скорость на этом участке растет (аналог сужающего сопла), а давление падает.

На рис. 7 показан профиль скоростей в двух крайних сечениях цилиндрической камеры смешения. Можно условно представить поток во входном сечении состоящем из двух соосных потоков: центрального с массовым расходом G_p и средней скоростью W_p2 и периферийного с массовым расходом Gн и скоростью Wн₂, причем W_p2 >> W_н2.

В выходном сечении камеры смешения поток имеет достаточно равномерный профиль скоростей (W₃).

Основными характеристиками струйного эжектора являются коэффициент эжекции (ν) и степень сжатия .

На рис.8 схематически изображен профиль проточной части эжектора с коническим участком камеры смешения и указаны основные составляющие (элементы) эжектора.