Экспериментальное исследование газового эжектора с перфорированным соплом высоконапорного потока

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦА Г И

Т о м III 1 97 2 №5

УДК 533.697.3

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОГО ЭЖЕКТОРА С ПЕРФОРИРОВАННЫМ СОПЛОМ ВЫСОКОНАПОРНОГО ПОТОКА

Г. Л. Гродзовский, В. Г. Кехваянц, Ю. А. Лишков,

В. К. Соловьев, Е. А. Шумилкина

Приведены результаты экспериментального исследования ряда газовых эжекторов с активным соплом, перфорированным продольными щелями. Определены оптимальные степень перфорации и длина перфорированного участка. Показано, что и в случае эжектора со звуковым соплом активного потока применение перфорации дает заметное улучшение характеристик эжектора.

В 1964 г. Ю. А. Аркадовым была предложена новая схема газового эжектора [1], в которой для улучшения характеристик на начальном участке камеры смешения устанавливается перфорированная продольными щелями цилиндрическая стенка, являющаяся продолжением высоконапорного сопла. В работе [1] экспериментально показано, что применение щелевой перфорации на ряде режимов позволяет существенно повысить степень сжатия по сравнению с эжектором классической схемы. В указанной работе исследовался эжектор с периферийным соплом высоконапорного газа, имевший следующие параметры: отношение площадей низконапорной и высоконапорной струй а = 0,5, геометрическое число М сопла высоконапорного газа М' = 2,84.

С целью выяснения влияния числа Рейнольдса на характеристики эжектора рассматриваемой схемы в настоящей работе исследован эжектор с такой же относительной геометрией при втрое большем, чем в работе [1], значении числа Ие. Определены оптимальные значения длины и коэффициента проницаемости перфорированного насадка. Кроме того, экспериментально подтвержден теоретически полученный в работе [2] вывод о том, что и в случае эжекторов со звуковыми соплами применение перфорации дает значительный положительный эффект.

Эксперимент проводился на воздухо-воздушной эжекторной установке (фиг. 1) с периферийными соплами активного потока и цилиндрической камерой смешения. Температуры торможения смешиваемых газов отличались не более чем на 3—5°С. Характерное значение числа Ие, вычисленное по параметрам высоконапорной струи на входе в эжектор, менялось незначительно и составляло примерно 2-10«.

Наиболее подробно был исследован эжектор с периферийным эжектирующим соплом, рассчитанным на геометрическое число М = 2,84 (а = 0,5). Сопло заканчивалось цилиндрическим насадком, в котором имелось 8 продольных щелей. Ширина щелей варьировалась в достаточно широком диапазоне, что позволяло изменять коэффициент проницаемости «, т. е. отношение суммарной площади щелей к площади боковой поверхности цилиндрического насадка. Относительная длина щелей I составляла 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 калибра (длина щели отнесена к диаметру камеры смешения).

На фиг. 2 в качестве примера приведены зависимости степени сжатия е от приведенного расхода низконапорного газа на критическом режиме работы

эжектора для ряда значений степени проницаемости при / = 2,5. Из приведенных зависимостей видно, что имеется четко выраженное оптимальное значение степени проницаемости в, составляющее 7,5%. Вблизи оптимального значения 5 характеристики эжектора в существенной мере меняются при незначительном изменении параметра 5, т. е. имеет место достаточно острый максимум. При значениях приведенного расхода низконапорного газа о,(Х1)<^0,8 степень сжатия эжектора с перфорированным соплом оказывается намного выше степени сжатия эжектора классической схемы (« = 0 или 100%).

2шс/явма/7ормин

газ

Фиг. 1

80

40

го\

М'=2,84

*1=о(т%) X 6,5 * 7,0 * V * 7,75 о 6,0

\ ^

Ж-,

г 1

ё 02 О,в

Фиг. 2

На фиг. 3 для ряда значений приведены зависимости относительной

степени сжатия е (степень сжатия эжектора с перфорированным насадком отнесена к степени сжатия эжектора классической схемы) от относительной длины / перфорированного насадка при оптимальном значении параметра $ для каждого значения I. Из приведенных данных видно, что применение щелевой перфорации позволяет в широком диапазоне режимов увеличить степень сжатия эжектора в 6—9 раз. При этом оптимальная длина перфорированного насадка составляет два калибра.

На фиг. 4 приведена зависимость оптимальной величины относительной площади щелей / (суммарная площадь щелей перфорированного насадка отнесена к площади камеры смешения) от длины цилиндрического насадка. Видно, что суммарная площадь щелей практически весьма слабо зависит от /. По-види-

мому, это обусловлено тем, что для получения максимальной эффективности процесса смешения при использовании щелевой перфорации необходимо, чтобы через щели прошел вполне определенный расход высоконапорного газа.

На фиг. 5 приведены зависимости е от я (Х^ для двух геометрически подобных эжекторов, у одного из которых число Йе втрое больше, чем у другого*. Приведенные данные не позволяют выявить какую-нибудь определенную тенденцию в поведении характеристик геометрически подобных эжекторов при изменении числа Ие. Незначительное отличие сравниваемых характеристик может быть связано с погрешностью измерений. Следует отметить, что оптимальные

значения степени проницаемости при ис-

И-0,5-, М'=2^84

°*021,0 1,5 2,0 2,5 I

Фиг. 4

£

V

0,9.

•/* а=5}. ?5-} М' II 1Лч «5»

\

пытаниях геометрически подобных сопл при 1=2 практически совпали, хотя число Ие изменялось в три раза

£2 0,5 0,8

Фиг. 6

В работе [2] теоретически было показано, что применение перфорации дает положительный эффект и в случае эжекторов с сужающимися соплами. Приведенные на фиг. 6 данные экспериментально подтверждают этот факт. Следует, однако, отметить, что при звуковых соплах применение щелевой перфорации дает меньший эффект, чем при сверхзвуковых эжектирующих соплах. Более того, звуковой эжектор с перфорацией работает хуже классического эжектора со сверхзвуковым соплом. Это может быть, обусловлено тем, что в настоящем исследовании не использовались все возможные способы улучшения характеристик звукового эжектора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ар к адов Ю. К. Газовый эжектор с перфорированным продольными щелями соплом. „Изв. АН СССР—МЖГ*, 1968, № 2.

2. Гродзовский Г. Л. К теории газового эжектора большой степени сжатия с цилиндрической камерой смешения. „Изв.

АН СССР-МЖГ“, 1968, № 3.

Рукопись поступила 161XII 1971 г.

* В ранее проведенных исследованиях Ю. К. Аркадова не наблюдалось заметного изменения характеристик щелевого эжектора при изменении числа Яе в 16 раз.