4. Конструктивные параметры инжектора и составление его характеристики

Основным конструктивным элементом инжектора является смеситель с рабочим соплом. Диаметр смесителя может быть рассчитан по уравнению инжекции. Длина смесителя l₃ (рис. 11.2) выбирается по опытным данным. Она должна быть такой, чтобы в конце смесителя распределение скоростей по поперечному сечению потока было стабильным, т. е. не изменяющимся при дальнейшем увеличении длины смесителя. Опыт показывает, что стабильный профиль скоростей при перемешивании турбулентных потоков в трубах устанавливается при l₃  (68)d₃. Таким образом, минимальная длина смесителя должна быть равна 6d₃.

Влияние на процесс инжекции характера распределения скоростей в конце смесителя учитывается в уравнении инжекции коэффициентами ₀₃ и _э3, в основном коэффициентом _э3, так как ₀₃ у правильно спроектированного инжектора близок к единице. Чем более неравномерен профиль скоростей в конце смесителя, тем большее значение приобретает коэффициент _э3. При одном и том же запасе энергии рабочего газа увеличение _э3 приводит к уменьшению кратности инжекции , и наряду с другими факторами, зависит от длины смесителя. Укорочение смесителя приводит к увеличению _э3 и к уменьшению кратности инжекции как за счет ухудшения работы смесителя, так и за счет уменьшения к. п. д. диффузора, потому что к. п. д. диффузора также зависит от коэффициента _э3. Зависимость _э3 от длины смесителя вырождается в постоянную величину примерно при l₃   6d₃. При длине смесителя l₃  6d₃ коэффициент _э3, как и в трубах постоянного сечения со стационарным профилем скоростей, зависит от числа Рейнольдса и степени шероховатости трубы.

Важным размером инжектора является расстояние от устья сопла до начала смесителя. На рис. 11.2 это расстояние отмечено размером l₂. В положении, зафиксированном на рис. 11.2, рабочее сопло вдвинуто в смеситель, поэтому l₂ = 0; в общем случае l₂  0. У оптимально работающего инжектора площадь проходного сечения для вторичного газа F₂ и площадь сечения F₃смесителя связаны друг с другом по формуле F_2опт = (1 + )F_3опт. Если коэффициент сопротивления на входе в смеситель равен нулю, то F₂ = F₃. В этом случае размер l₂ может быть принят равным нулю при условии, что площадь сечения рабочего сопла очень мала по сравнению с площадью сечения смесителя. Такое положение наблюдается в инжекторах высокого давления, работающих с большой кратностью инжекции.

Оборудование инжектора диффузором способствует увеличению свободной энергии инжектирующего потока. При одном и том же запасе энергии движения у рабочего газа кратность инжекции при наличии диффузора получается больше, чем при его отсутствии. Если же кратность инжекции остается постоянной, то инжектор с диффузором оказывается способным преодолеть большее общее противодавление  p_c, чем инжектор без диффузора. В инжекторах используются диффузоры с углами расширения 8 10^o. Эффективность действия диффузора оценивается по значению его коэффициента полезного действия , который определяется по выражению:

(11.34)

причем при _э3 =1 для _д имеем:

(11.35)

У каждого отдельно взятого конкретного инжектора геометрические характеристики f_1, f_2,а также отношения плотностей при нормальных условиях ₀₁/₀₂ имеют постоянное значение. Переменными величинами являются кратность инжекции , безразмерное общее противодавление Eu и отношение абсолютных температур Т₂/Т₁. Графическая связь между этими тремя параметрами называется безразмерной характеристикой инжектора, которая может быть составлена на базе расчетов по уравнению инжекции.

Пример 11.1. Произведем расчет характеристики инжектора без диффузора по следующим данным. Диаметры рабочего сопла и смесителя соответственно равны d₁= 7,4 мм; d₃= 59,5 мм; f₂ = F₃/F₂ = 1; f₁ = 0,01547. Инжектирующий газ  компрессорный воздух с давлением p₀= 147,2 кПа и Т₀= 293 К. Инжектируемая среда  атмосферный воздух при температуре Т₂= 300 К и давлении 99,2 кПа. Противодавление в камере, куда происходит инжекция  р_с = 900 Па. Газовая постоянная и показатель адиабаты для воздуха: R = 288 Нм/(кгК), k = 1,4.

Параметры истечения струи рабочего газа рассчитываются на основе материалов гл. 9.

Примем в первом варианте расчета  = 0 и ₀₃ = _э3 = 1.

1. Пренебрегая влиянием разрежения в смесителе на процесс истечения рабочего газа по таблицам газодинамических функций гл. 9 для воздуха при k = 1,4 имеем: