РОЗДІЛ 2.
Огляд теоретичних та експериментальних досліджень струминних насосів.
2.1. Попередні зауваження.
Виходячи із задач досліджень, сформульованих в попередньому розділі, необхідно
розглянути теоретичні і експериментальні дослідження струминних апаратів з
метою вибору науково-обгрунтованого методу розрахунку ежекторного блоку
живлення, призначення його конструкції і оптимізації процесу ежектування.
Ефект ежекції, при котрому один потік (ежекційний) підсмоктує другий
(ежектуємий), широко використовується в багатьох областях техніки і має більш
ніж вікову історію (перший струминний насос був використаний в 1852 році Д.
Томпсоном). В науково-технічній літературі є значний об’єм інформації,
присвячений розрахунку, конструюванню і дослідженню струминних апаратів.
Загально прийнятої методики розрахунку ежекторів до нашого часу не існує. Це
зв’язано з тим, що робочий процес таких пристроїв є складним і недостатньо
вивченим до цього часу явищем. Крім того, діапазон застосування і
конструктивного оформлення струминних апаратів настільки широкий, що сучасні
методи розрахунку не можуть охопити всі ділянки їх використання.
Аналіз існуючих методів розрахунку струминних апаратів показує, що загальним
для них є використання рівняння енергій, записаних окремо для нагнітальних,
всмоктувальних і змішуючого трубопроводів. Для запису рівнянь що відображають
процес в камері змішування автори використовують різні методи, основані на
законах гідродинаміки. Найбільший інтерес представляє розрахунок ділянки
струминного апарату, що відрізняється різноманітністю форм запису основних
рівнянь. В своєму аналізі не будемо зупинятися на порядку розрахунку, котрий в
більшості випадків передбачає знаходження оптимальних параметрів з наступною
підстановкою їх значень в основне рівняння.
В залежності від використання при розрахунку струминних апаратів тих чи інших
рівнянь гідродинаміки всі роботи в цій області можна поділити на чотири основні
групи. Перша застосовується для вирішення задачі рівняння кількості руху. Друга
використовує рівняння балансу повних енергій. Третя отримує основне рівняння
для розрахунку ежектора, розв’язуючи сукупно рівняння балансу енергії і
кількості руху. Четверта розглядає процес ежектування як розтікання струмини в
оточуючому її середовищі, використавши при доведенні рівняння ежекцій, теорію
турбулентних струмин.
Приймаючи за основу однакові початкові положення, автори часто отримують різні
за формою і фізичною по суті залежності.
Тому в цьому розділі розглянуті методи розрахунку ежекторів, класифіковані за
згаданими вище ознаками, та проаналізовані одержані залежності з метою
обґрунтування остаточно прийнятого розрахунку. Крім цього, тут викладені
теоретичні і експериментальні дослідження по оптимізації процесу ежектування та
впливу багатоструминності на продуктивність ежектора.
Для ілюстрації висновків і аналізу основних рівнянь прийнята розрахункова схема
струминного насоса, наведена на рис. 2.1, де також показані схеми камер
змішування, які відповідають згідно Цейнеру, першому і другому типам
змішування.
Щоб уникнути плутанини в позначеннях, які кожний автор приймає за власним
міркуванням, будемо використовувати свої.
При цьому літерні (буквені) позначення з індексом “1” будуть відповідати
параметрам робочого потоку, з індексом “0” – підсмоктувального з індексом “2” –
змішуваного потоку в кінці камери змішування.
Індексом “С” будемо позначати параметри потоку за дифузором в напірному
трубопроводі. Відносні величини позначаємо так: відношення витрати (коефіцієнт
ежекції) - ;
геометричні параметри - ; ;
a)
б)
в)
Рис. 2.1. Розрахункова схема струминного насоса (а) і схеми камер змішування
першого (б) і другого (в) типів.
швидкісні параметри - ; .
2.2. Розрахунок струминних апаратів на основі рівняння імпульсів
Вперше теоретичний аналіз роботи водоструминного насоса на основі теореми
імпульсів був даний Цейнером в 1863 році [20]. Розглядаючи два типи змішування,
Цейнер записав рівняння кількості руху для відсіку рідини між перерізами 1-1 і
2-2:
(2.1)
одержав , (2.2)
де – коефіцієнт, чисельно рівний 1,0 при змішуванні потоків першого типу, а по
другому – 0.
Розв’язуючи одержане рівняння (2.2) разом з рівнянням Бернуллі для напірної,
всмоктувальної і камери змішування, Цейнер отримує основне рівняння струминного
насоса:
(2.3)
де
Пропонуючи використовувати рівняння (2.3) для розрахунку Цейнер відмічає, що
воно має ряд суттєвих недоліків, обумовлених допущеннями, які не дозволяють
проектувати струминні апарати із заданими параметрами. Крім того, залежність
(2.2) дає можливість перевірити розрахунком вже готовий насос.
Наступні роботи Гібсона, Г. Флюгеля, К.К. Баумана, Е.А. Коршаєва, Л.С.
Кондратьєва, Б.І. Аше, Г.А. Аронса, П.П. Корольова, Е.Я. Соколова, Н.І.
Зінгера, Г.І.Єфімочкіна, Х.Ш. Мустафіна, М.М. Трусова і інших в області
розрахунку струминного насоса методом кількості руху є лише продовженням
класичної теорії і спрямовані в основному на отримання більш простих
залежностей, які дозволяють проаналізувати роботу ежектора і визначити його
основні параметри.
Для спрощення Гібсон виключив із розгляду зовнішній контур струминного насоса
і обмежився його кінцевими перерізами, ввівши в основне рівняння величини
повних питомих енергій потоку на вході і виході.
Аналогічно зробив С. А. Коржаєв [21], який виразив із рівняння відносний напір
ежектора, як відношення повної питомої енергії перерізу на виході із ежектора
до питомої енергії робочого потоку
- Київ+380960830922