Дозвуковое и сверхзвуковое истечение эжектирующей струи


Интересно отметить, что это различие в свойствах дозвуковой и сверхзвуковой струй можно наблюдать буквально на ощупь. Дозвуковая струя втягивает внутрь поднесенный к границе легкий предмет, сверхзвуковая струя на расстоянии нескольких калибров от сопла имеет жесткую границу; при попытке ввести в струю извне какой-либо предмет ощущается заметное сопротивление резко выраженной границы струи.

На рис.1 и 2 приведены фотографии течения в начальном участке смесительной камеры при дозвуковом и сверхзвуковом истечении эжектирующей струи. Фотографии получены на плоской модели эжектора, режим изменялся путем увеличения полного давления эжектирующего газа перед соплом р01, при постоянном давлении эжектируемого газа и постоянном давлении на выходе из камеры.

На фотографиях видно различие между двумя рассмотренными режимами течения в начальном участке камеры.

При анализе процессов и расчете параметров эжектора на сверхкритических отношениях давлений в сопле будем полагать, что до сечения запирания 1′ (рис 1) эжектирующий и эжектируемый потоки текут раздельно, не смешиваясь, а интенсивное смешение происходит за этим сечением. Это весьма близко к действительной картине явления.

Сечение запирания является характерным сечением начального участка смешения, а параметры потоков в нем, как будет показано ниже, существенно влияют на рабочий процесс и параметры эжектора.

С удалением от сопла граница между потоками размывается, сверхзвуковое ядро эжектируюшей струи уменьшается, происходит постепенное выравнивание параметров газов по сечению камеры.
Дозвуковое и сверхзвуковое истечение эжектирующей струиХарактер смешения газов в основном участке смесительной камеры практически такой же, как и при докритических отношениях давлений в сопле, скорость смеси газов W1

Рисунок. Шлирен-фотография потока в камере смешения плоского эжектора при дозвуковом режиме истечения газа из сопла: F1/F2=α≈1, P01/P02=П0=1,5,

Р3=Р02

В широком диапазоне начальных параметров газов остается меньшей скорости звука. Однако при увеличении отношения начальных давлений газов сверх некоторой

См. также:  Назначение и схемы эжекторов

Дозвуковое и сверхзвуковое истечение эжектирующей струи

Рисунок. Шлирен-фотография потока в камере смешения плоского эжектора при отношении полных давлений газов П0 = 3,4.

Определенной для каждого эжектора величины поток смеси в основном участке камеры становится сверхзвуковым и может остаться сверхзвуковым до конца смесительной камеры. Условия перехода от дозвукового к сверхзвуковому режиму течения смеси газов как будет показано ниже, тесно связаны с режимом течении газов в сечении запирания γ=const. Однако в некоторых случаях при смешении газов существенно различной температуры, когда имеется большая неравномерность плотности по сечению, а также при сверхзвуковых скоростях в основном участке смешения, когда плотность заметно изменяется по длине камеры, возможны режимы работы эжектора, при которых статическое давление газа в процессе смешения не возрастает, а снижается.

Если смесительная камера не цилиндрическая, как предполагалось выше, а имеет переменную по длине площадь сечения, то можно поучить произвольное изменение статического давления по длине.

Основным геометрическим параметром эжектора с цилиндрической смесительной камерой является отношение площадей выходных сечений сопел для эжектирующего и эжектируемого газов

α= F1/F0= F1/(F3- F1),

Где F0 —площадь сечения цилиндрической смесительной камеры.

Эжектор с большим значением α, т. е. с относительно малой площадью камеры, является высоконапорным, но не может работать с большими коэффициентами эжекции; эжектор с малым α позволяет подсосать большое количество газа, но мало повышает его напор.

Вторым характерным геометрическим параметром эжектора является степень уширения диффузора F=(F4/F3) — отношение площади сечения на выходе из диффузора к площади на входе в него. Если эжектор работает при заданном статическом давлении на выходе из диффузора, например при выхлопе в атмосферу или в резервуар с постоянным давлением газа, то степень расширения диффузора F существенно влияет на все параметры эжектора. С увеличением F в этом случае снижается статическое давление в камере смешения, растет скорость эжектирования и коэффициент эжекции при не очень значительном изменении полного давления смеси. Разумеется, это справедливо лишь до того момента, когда в каком-либо сечении эжектора будет достигнута скорость звука.

См. также:  Рабочий процесс эжектора

Третий геометрический параметр эжектора — относительная длина камеры смещения l0/da — в обычные методы расчета эжектора не входит, хотя и существенно влияет на параметры эжектора, определяя полноту выравнивания параметров смеси по сечению. Ниже будем полагать, что длина камеры достаточно велика (l3/d0>8÷10) и коэффициент поля τ в ее выходном сечении близок к единице.