HS – Эжектор

палитра схема

Описание

Газовым эжектором (или струйным насосом для жидкостей) называется аппарат, в котором полное давление эжектируемого потока увеличивается под действием струи другого, более высоконапорного эжектирующего потока. Передача энергии от одного потока к другому происходит путем их турбулентного смешения.

На практике эжекторы выполняют функции насоса, вентилятора, эксгаустера, компрессора.

Независимо от назначения эжектора в нем всегда имеются следующие конструктивные элементы: сопло высоконапорного (эжектирующего) газа 1, сопло низконапорного (эжектируемого) газа 2, смесительная камера 3 и, обычно, диффузор 4.

Расчетная схема эжектора приведена на рисунке (Рисунок 1).

Рисунок 1. Расчетная схема эжектора: 1 – эжектирующее сопло 2 – эжектируемое сопло 3 – камера смешения 4 – диффузор

Модель эжектора реализована при следующих допущениях:
  • не рассматриваются сверхзвуковые эжекторы;
  • камера смешения является цилиндрической;
  • выполняется условие F3 = F1 + F2, где F - проходное сечение.
Модель эжектора выполнена в виде субмодели, внутренняя структурная схема которой представлена на рисунке (Рисунок 2). В состав субмодели эжектора входят: канал на эжектируемой линии (или ветке всаса), канал на эжектирующей линии (или движущей ветке), канал на линии смешения и узел эжектора.

Каналы включают в себя местные сопротивления, значения которых задаются Пользователем.

В канал линии смешения программно вставляется насос, характеристика которого зависит от характеристики эжектора и его геометрических параметров и вычисляется автоматически.

Рисунок 2. Структурная схема субмодели эжектора

Свойства

Исходные данные модели эжектора можно условно разделить на категории:
  • исходные данные для эжектора как узла теплогидравлической системы (см. блок HS – Внутренний узел);
  • исходные данные для собственно эжектирующего устройства:
    • характеристики эжектора;
    • геометрия эжектора.
Свойство Тип характеристики определяет, каким образом в модели эжектора рассчитывается напор программно встроенного в линию смешения насоса. Возможны следующие значения этого свойства:
  • одномерная таблица;
  • двухмерная таблица;
  • число;
  • отсутствует.
Первые три значения означают, что имеется заданная характеристика эжектора (в результате проведенных испытаний конкретного эжектора). При этом напор насоса вычисляется следующим образом:
где:

ΔPpmp - напор насоса;

Kreg - коэффициент приведения давления (по умолчанию равен 0);

Gset - заданный эжектируемый расход;

Gsuc - текущий расход в эжектируемой линии;

Gdr - текущий расход в эжектирующей линии;

Pou - давление на напоре насоса (Р3 на рисунке 1);

Pin - давление на всасе насоса (в узле эжектора);

ΔPniv - нивелирные потери;

Kfr - коэффициент потерь на трение и местное сопротивление.

Таким образом, напор насоса определяется из условия приведения текущего расхода в эжектируемой линии к заданному.

Расход в эжектируемой линии задается либо в виде таблично заданных функций (от одного или двух аргументов), либо в виде числа. Расход может задаваться в размерном или безразмерном виде. Это определяется свойством Тип функции, которое может принимать следующие значения: Коэффициент эжекции, Расход по эжектируемой ветке. Если в таблицах рассчитывается коэффициент эжекции Kej, то Gset = KejGdr, где Gdr - расход в эжектирующей ветке. Если в таблицах задано абсолютное значение расхода, то размерность этого расхода определяется свойством Размерность расхода.

Для одномерной таблицы тип аргумента определяется свойством Тип аргумента, возможные значения которого приведены в таблице (Таблица 1):
Таблица 1. Типы аргумента для одномерной таблицы
Тип аргумента Формула для аргумента
Коэффициент разности давлений
Коэффициент абсолютного давления по движущей ветке
Абсолютное давление по движущей ветке
Коэффициент абсолютного давления по ветке всаса
Перепад давлений по ветке всаса
Для двухмерной таблицы типы аргументов определяются свойствами "Тип аргумента X", "Тип аргумента Y", возможные значения которых приведены в таблице (Таблица 2).
Таблица 2. Типы аргумента для двухмерной таблицы
Тип аргумента Формула для аргумента
Аргумент X
Коэффициент абсолютного давления по движущей ветке
Абсолютное давление по движущей ветке
Аргумент Y
Коэффициент абсолютного давления по ветке всаса
Перепад давлений по ветке всаса
Если в таблицах задано абсолютные значения давления, то их размерность определяется свойством Размерность давления.

Если значение свойства Тип характеристики равно Отсутствует, то характеристика эжектора определяется целиком его геометрией. В этом случае имеет место конструкторский расчет, когда по заданным параметрам работы эжектора выбираются его основные геометрические характеристики эжектирующей линии (линии подвода активной среды), эжектируемой линии (линии подвода перекачиваемой среды), линии смешения (линии отвода).

Для линии подвода активной среды задаются:
  • диаметр сопла;
  • длина сопла;
  • коэффициент местного сопротивления.
Для линии подвода перекачиваемой среды задаются:
  • диаметр сопла;
  • длина сопла;
  • коэффициент местного сопротивления.
Для линии отвода задаются:
  • диаметр камеры смешения;
  • диаметр диффузора;
  • длина камеры смешения;
  • коэффициент местного сопротивления.
Формула (*) преобразуется к виду:
где:

Gou - текущий расход в линии отвода;

Pset - заданное давление на выходе камеры смешения.

Заданное давление на выходе камеры смешения определяется в соответствии с формулами, приведенными в источнике [1].

Давление торможения на выходе камеры смешения рассчитывается по формуле:

где верхний индекс "*" означает параметр торможения, индексы "1", "2", "3" соответствуют расчетной схеме на рисунке (Рисунок 1), геометрический фактор α = F1/F2.

Формула для расчета давления торможения для жидкости имеет следующий вид:

Давление торможения для газов рассчитывается по формуле:
где:

k - коэффициент адиабаты;

a - скорость звука.

Формула для расчета давления на выходе диффузора имеет следующий вид:

Длины каналов определяют потери давления на трение. Коэффициенты местного сопротивления в соплах определяют потери давления на ускорение потока, а коэффициент местного сопротивления в камере смешения - потери в диффузоре.

Сопутствующие материалы

  1. Г.Н.Абрамович "Прикладная газовая динамика", В 2 ч. Ч.1: Учеб руководство: Для втузов. - 5-у изд., перераб и доп. - М.: Наука, Гл. ред. физ-мат. лит, 1991. - 600 с.-ISBN 5-02-014015-5.