Контрольные вопросы
1.Что такое турбулентный пограничный слой? Каким образом он возникает?
2.Что такое свободная затопленная струя?
3.Почему происходит раскрытие свободной турбулентной струи?
4.Почему происходит уменьшение скорости по оси в основных участках свободной струи?
5.Чем отличается начальный участок от основного?
6. В чем состоит подобие эпюр скоростей в свободной струе?
7. Закономерности основного участка затопленной свободной струи?
Библиографический список
1. Победря Б.Е., Георгиевский Д.В. Основы механики сплошной среды. - М., Физматлит, 2006 г.
2. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М., Дрофа, 2003 г.
3. Механика жидкости и газа. Избранное. Под общей ред. Крайко А.Н. - М., Физматлит, 2003 г.
4. Винников В.А., Каркашадзе Г.Г. Гидромеханика. - М., МГГУ, 2003 г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУЙНОГО ПРИБОРА
1. Цель работы
Исследовать экспериментально влияние отношения диаметров
,
формы входа в смеситель и взаимного
расположения сопла и смесителя на
кратность инжекции.Сравнить кратность инжекции, полученную в опыте, с расчетной.
2. Теоретическая часть
Струя, вытекающая из сопла в трубу, открытую с двух сторон, называется частично ограниченной. Вытекающая струя обладает большой скоростью и за счет трения (сцепления) непрерывно увлекает частицы окружающей среды по направлению потока.
Свойство струи захватывать окружающую среду используют в струйных аппаратах. Простейший струйный аппарат состоит из сопла и смесителя (рис.27).
Рис.27. Схема струйного прибора и характер изменения пьезометрического давления по его длине:
1 - сопло; 2 – смеситель;
- рабочая среда;
-
подсасываемая среда;
-
смесь;
-
диаметры;
-
площадь
Из рис.27 видно, что при частичном ограничении струи происходит изменение пьезометрического давления по длине. На входе в смеситель создается разряжение, которое обеспечивает непрерывное поступление окружающей среды к началу смесителя. Возникает эффект всасывания. Этот эффект усиливается при установке конфузора. Конфузор также уменьшает потери при входе подсасываемой (инжектируемой) среды в смеситель.
В смеситель, в результате стесняющего влияния его стенок, происходит повышение пьезометрического давления.
Кратность m
Рис.28. Обеспечения
максимального перепада давлений
(
)
Чем больше повышение давления в смесителе, тем больше работа проталкивания, т.е. работа, необходимая для вытеснения потока из смесителя. Поэтому часто смеситель снабжается диффузором (расширяющейся насадкой) – устройством для повышения пьезометрического давления за счет снижения скоростного.
В зависимости от назначения струйные приборы называют либо инжекторами, либо эжекторами.
Инжектор - прибор для нагнетания какой – либо среды в рабочее пространство. Например, вовлечение окружающего воздуха в смеситель струей газообразного топлива и подача этой газо-воздушной смеси в печь.
Эжектор - прибор для отсасывания какой – либо среды. Например, сжатый воздух в качестве рабочего (эжектирующего) газа, за счет высокого разряжения перед смесителем, вовлекает продукты сгорания топлива из рабочего пространства печи в смеситель, а затем через диффузор удаляет их в атмосферу.
Основная характеристика работы струйного прибора – кратность инжекции (эжекции).
Кратность инжекции (эжекции) может быть объемная и массовая.
Объемная кратность инжекции(эжекции) характеризует отношение объемного расхода инжектируемой среды к объемному расходу рабочей среды.
(1)
Массовая кратность инжекции (эжекции) характеризует отношение массового расхода инжектируемой среды к массовому расходу рабочей среды
,
(2)
где
;
-
плотность среды;
Иногда кратность инжекции (эжекции) выражается как отношение объемного (массового) расхода смеси к объемному (массовому) расходу рабочей среды.
;
Кратность инжекции
(эжекции) зависит от отношения диаметров
,
сопротивление на входе подсасываемой
среды и от взаимного расположения сопла
и смесителя. Отношение
при котором кратность инжекции достигает
максимального значения, называется
оптимальным. Сопротивление на входе
подсасываемой среды можно уменьшить
применением конфузора (см.рис.27).
Существует также оптимальное расположение
смесителя относительно сопла, при
котором кратность инжекции (эжекции)
максимальна. Расчет инжектора (эжектора)
с целью определения его размеров
,
производят путем решения уравнения
энергетического баланса струйного
прибора. Энергетический баланс струйного
прибора представляет собой закон
сохранения энергии: сумма кинетический
энергий, подсасываемой и рабочей сред,
расходуется на создание скорости смеси,
потери на удар и работу проталкивания.
,
(3)
где
-
массовые расходы рабочей, инжектируемой
среды и смеси;
-
работа прокаливания (полезная);
-
объем смеси;
-
повышении давления в смесители;
Для удобства расчета
инжектора (эжектора) уравнение (3) приводит
к виду:
,
(4)
где
-
объемная кратность инжекции (эжекции);
-
отношение плотностей газа инжектируемого
к инжектирующей;
-
отношение диаметров смесителя и сопла;
-
коэффициент, характеризующий работу
противодавления (проталкивания);
-
повышения давления в смесителе, численно
равно сумме потерь давления на трассе
инжектируемого газа;
-
среднее скоростное давление инжектирующего
газа на срезе сопла. Зная величину
и
потерь из уравнения (4), можно определить
- кратность инжекции, путем решения
квадратного уравнения. Уравнение (4)
представляют в виде:
(5)
и решают относительно .
Размеры струйного
прибора зависят от его назначения. При
малых значениях
приборы являются высоконапорными,
создают значительный перепад по длине
смесителя
.
Но при этом не могут обеспечить большую
кратность инжекции (эжекции).
При большом значении приборы обеспечивают значительную кратность инжекции (эжекции), но создают относительно небольшой перепад давления.
Если задана кратность инжекции (эжекции), то отношение , обеспечивающее максимальный перепад давлений , можно определить по рис.28.
Геометрический параметры инжектора (эжектора) можно ориентировочно определить по рекомендациям Стельпроекта по рис.29.
;
;
;
угол раскрытия диффузора (6…9) град; угол сужения входного конфузора (30…45)град.