Критические режимы работы эжектора

Эксперименты показывают, что для каждого эжектора при заданных начальных параметров газов имеется некоторое максимальное значение коэффициента эжекции n и соответствующие ему максимально возможные значения расхода и скорости эжектируемого газа. Никаким снижением давления за эжектором не удается повысить эти предельные значения. Явление это напоминает работу сопла Лаваля на режимах, когда в минимальном сечении сопла достигается скорость звука. Тогда в остальных сечениях дозвуковой части сопла скорость газа не зависит от давления за соплом.

Режим работы эжектора, при котором коэффициент эжекции не зависит от давления на выходе эжектора, называется критическим. Особенности работы эжектора на критическом режиме связаны с характером течения низконапорного газа на начальном участке канала смешения от входного сечения до сечения запирания. Дозвуковой поток эжектируемого газа движется здесь по каналу с уменьшающимся сечением, ограниченному стенками камеры смешения и границей сверхзвуковой эжектирующей струи. Скорость подсасываемого низконапорного газа не может превысить скорости звука, этим и определяются предельные значения скорости низконапорного газа во входном сечении и его максимальный расход.

Ранее было отмечено, что в канале смешения от входного сечения до сечения запирания рабочий и низконапорный газы движутся обособленно, практически не смешиваясь друг с другом. Для этого участка на основании уравнения неразрывности можно записать

, (25.16)

, (25.17)

где индексом «зап» отмечены величины, относящиеся к сечению запирания.

Поскольку суммарная площадь сечений постоянна и равна площади сечения канала смешения, т.е.

или

, (25.18)

то с учетом (25.16) и (25.7) получим

или

. (25.19)

Для критического режима работы . Отсюда получим

. (25.20)

Параметр  равен отношению площади, занимаемой струей рабочего газа на входе в канал смешения к площади в канале, занимаемой струей низконапорного газа. Этот параметр является конструктивным и от режима работы эжектора не зависит. Если скорость рабочего газа на выходе из сопла больше скорости звука, т.е. ₁ > 1, то при увеличении давления рабочего газа перед соплом сверхзвуковая струя окажется недорасширенной на выходе из сопла, и дальнейшее ее расширение за соплом в канале смешения приведет к увеличению скорости в сечении запирания _1,зап. В соответствии с этим значение функции уменьшится. Из (25.20) следует, что в этом случае уменьшится также значение функции . При дозвуковой скорости ₂ < 1 это будет соответствовать уменьшению скорости ₂. Если скорость рабочего газа увеличится настолько, что функция станет равной

, (25.21)

то скорость низконапорного газа станет равной нулю (), и втекание низконапорного газа в канал прекратится. Физически это означает, что при этом режиме расширяющаяся струя рабочего газа в сечении запирания полностью заполнит всю площадь канала и для прохода низконапорного газа не останется места. Этот режим называется запиранием эжектора.

Критические режимы работы эжектора являются не только предельными, но и в большинстве случаев наиболее эффективными. Работая на критическом режиме, эжектор при данном значении коэффициента эжекции обеспечивает наибольшее давление на выходе, а при заданном давлении обеспечивает наибольшее значение коэффициента эжекции. Это связано с тем, что при критическом режиме разность скоростей газов w₁ – w₂ становится минимально возможной, что способствует снижению потерь на смешивание. Одновременно при заданном значении коэффициента n эжектор, рассчитанный на работу в критическом режиме, имеет наименьшее значение параметра , т.е. наименьшие размеры смесительной камеры.