 |
Жидкостно-газовые струйные аппараты
|
|
|
|
В таких аппаратах рабочий (жидкость) и пассивный (газ) потоки находятся в разных агрегатных состояниях, почти не изменяющихся в процессе смешения. В силу большой разницы плотностей взаимодействующих сред массовый коэффициент инжекции имеет величину порядка 10–5, а объемный коэффициент инжекции 0,2–3,0.
В зависимости от типа струи различают жидкостно-газовые аппараты с компактной и с диспергированной струей. В зависимости от соотношения температур рабочей и пассивной сред рассматриваемые аппараты разделяют также на две группы: термодинамическую, в которой смешиваемые потоки имеют существенно разные температуры, и изотермическую, когда разница температур незначительна и ею можно пренебречь при расчете гидравлических процессов эжектирования.
В большинстве случаев аппараты с компактной струей относятся к изотермической группе. Наряду с традиционной формой проточной части (рис. 4.1 а) применяются ЖГСА, в которых рабочая жидкость подается в камеру смешения через несколько рабочих сопел или одно сопло (многоструйное, рис. 4.1 г) с несколькими отверстиями (многоструйное сопло). Увеличение поверхности контакта фаз взаимодействующих сред приводит к увеличению коэффициента инжекции при прочих равных условиях. Эффективность ЖГСА возрастает также в случае увеличения длины камеры смешения до 40…50 вместо 8…10 калибров для однофазных СА. Это связано с тем, что образование однородной газо-жидкостной эмульсии требует большей длины пути перемешивания, чем выравнивание профиля скорости однофазного потока. В этом случае отпадает необходимость в диффузоре.
ЖГСА с диспергированной струей в качестве рабочего сопла используют различные распылители жидкости (форсунки). Эти аппараты нашли широкое применение в химической, микробиологической, пищевой промышленности, системах очистки воды [34–36].
|
|
|
Расчет ЖГСА. Существующие методики расчета ЖГСА (все они разработаны для водовоздушных эжекторов, применяемых в основном в энергетике как вакуумные струйные насосы) являются эмпирическими, справедливыми в достаточно узком диапазоне режимных и конструктивных параметров. Анализ этих методик выполнен в [18].
Течение в камере смешения представляется следующим образом. Струя жидкости поступает в камеру смешения, сохраняя свою первоначальную цилиндрическую форму. Примерно на расстоянии 2 – 3 калибров d3 от начала камера смешения оказывается заполненной молочно-белой водовоздушной эмульсией (пеной), причем у стенок камеры смешения наблюдаются обратные токи водовоздушной эмульсии, которая снова захватывается струей и увлекается ею. Это возвратное движение обусловлено повышением давления по длине камеры смешения. Давление р н в начале камеры смешения равно давлению в приемной камере. При низких противодавлениях повышение давления в цилиндрической камере смешения сравнительно невелико. Основное повышение давления происходит в диффузоре. При увеличении противодавления эта картина изменяется: степень повышение повышения давления в диффузоре уменьшается, а в камере смешения — резко увеличивается, причем оно это происходит на сравнительно небольшом участке камеры смешения скачкообразно. Чем меньше отношение 
, тем более резко выражен скачок давления. Место скачка хорошо различимо, т. к. после него движется уже не молочно-белая эмульсия, а прозрачная вода с пузырьками воздуха.
Чем больше отношение , тем более развиты обратные токи водовоздушной эмульсии. С увеличением противодавления скачок давления перемещается против течения струи и, наконец, при определенном противодавлении (р с)max достигает начала камеры смешения. При этом эжекция воздуха водой прекращается, вся камера смешения заполнена прозрачной водой без пузырьков воздуха. Аналогичные явления имеют место, если при неизменном противодавлении снижается давление рабочей воды перед соплом.
|
|
|
Согласно [14], отношение объемных расходов инжектируемой и рабочей сред сохраняется достаточно стабильным при изменении в широких пределах параметров его работы (p p, p н, р с и G р). Поэтому, в отличие от рассмотренных выше СА, в ряде методик расчета используются объемные коэффициенты инжекции (подсоса) по паровоздушной смеси и сухому воздуху:
, (8.1(4.85)
где Q пв, Q н и Q р — объемные расходы соответственно инжектируемой (паровоздушной), воздушной и рабочей (жидкостной) сред, м3/с.
В камере смешения происходит насыщение воздуха парами воды. Температура пара в эмульсии практически равна температуре воды T p. Поэтому газовая фаза эмульсии представляет собой насыщенную паровоздушную смесь, полное давление которой в начале камеры смешения равно давлению инжектируемого сухого воздуха в приемной камере рн. Парциальное давление воздуха рв в смеси меньше этого давления на давление насыщенного пара р нп при температуре рабочей жидкости T p, т. е. р в = р н – р нп.
Поскольку сжимаемый в СА воздух входит в состав паровоздушной смеси, то Q пв в (8.1(4.85) представляет собой объемный расход паровоздушной смеси. Воспользовавшись законом Дальтона и уравнением Менделеева — Клапейрона, нетрудно выразить массовый расход инжектируемого сухого воздуха в виде
. (8.2(4.86)
Тот же расход, можно выразить через параметры инжектируемого сухого воздуха:
, (8.3(4.87)
где Q н, T н — объемный расход и абсолютная температура сухого воздуха на всасывании.
Из этих уравнений нетрудно установить взаимосвязь между u o и u oс
, (8.4(4.88)
где 
; k т = T н/ T p.
В случае р н > р нп и T н = T р имеем u oс = uo.
При G н = 0 (u oс = 0) р н = р нп, т. е. давление всасывания равно давлению насыщенного пара при температуре рабочей воды T р. Несмотря на равенство uoс = 0, uo = 0, т. к. в приемной камере эжектора происходит вскипание рабочей воды и выделившийся пар отсасывается этой же рабочей водой.
Для расчета ЖГСА с компактной струей и короткой цилиндрической камерой смешения (длиной около 10 калибров) можно воспользоваться формулами для СН.
|
|
|
Если предположить одинаковые удельные объемы рабочей и сжатой сред, скорость эжектируемой среды равной нулю, то после замены массового коэффициента инжекции u объемным u o будем иметь следующие уравнения, определяющие:
- достижимый объемный коэффициент инжекции
, (8.5(4.89)
где K — эмпирический коэффициент (для водовоздушного СА равный 0,85); ∆ р р = р р – р н — располагаемый перепад давления рабочей воды; Δ р с = р с – р н — перепад давления, создаваемый эжектором;
- отношение 
; (8.6(4.90)
- характеристику ЖГСА, аналогичную СН (см. уравнение (6.1) при условии р 2 = р н, чему отвечает f н2 = ∞ и, соответственно, 
))
. (8.7(4.91)
Уравнение (8.7(4.91) может быть представлено в следующей модификации
, (8.8(4.92)
которой удобно пользоваться для определения объемного коэффициента инжекции ЖГСА по заданным отношениям сечений и перепадов давлений 
.
Из уравнения (8.8(4.92) следует, что для аппарата данных размеров 
в области глубокого вакуума, когда при постоянных значениях рр и р с существенные изменения р н практически не меняют отношения , объемный коэффициент инжекции остается постоянным. Поскольку при этом расход рабочей воды практически не меняется, то и объемный расход паровоздушной смеси также остается постоянным.
Наряду с изложенной предлагаются и другие методики расчета ЖГСА с короткой камерой смешения, приведенные в [15, 18].
В [14] содержится информация для расчета ЖГСА с удлиненной цилиндрической камерой смешения, а также многоструйного ЖГСА.
Методы расчета ЖГСА с диспергированной струей, как и других типов гидроструйных аппаратов, основываются также на эмпирических или полуэмпирических моделях. Законченной теории расчета в настоящее время нет.
Несмотря на большую работу по исследованию СА, эффективность ЖГСА осталась на уровне, достигнутом в 1920-е годыг., что объясняется сложностью внутренних процессов в ЖГСА и их недостаточной изученностью. Поэтому весьма важной задачей является дальнейшее изучение механизма рабочего процесса ЖГСА с целью разработки более строгой методики расчета.
|
|
|
Очевидно, что эмпирический подход к решению этой задачи малоперспективен.
Полуэмпирический подход, включающий в себя ту или иную физико-математическая математическую модель с разной степенью приближения к реальному физическому процессу, которая затем коррелируется эмпирическими данными, более перспективен.
В этой связи отметим работу [37], в которой Достаточно успешно в рамках теории взаимопроникающих континуумов осуществлено моделирование гидродинамики в ЖГСА с диспергированными и компактными струями в [37].
Литература
1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машгиз, 1963. 696 с.
2. Доманский И.В. Насосы и компрессоры: Учеб.ное пособие. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1984. 59 с.
3. Механические вакуумные насосы / Е.С. Фролов, И.В. Автономова, В.И. Васильев и др. М.: Машиностроение, 1989. 288 с.
4. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 288 с.
5. Насосы АЭС: Справочное пособие / П.Н. Пак, А.Я. Белоусов, А.И. Тимшин и др.; Под общ. ред. П.Н. Пака. М.: Энергоатомиздат, 1989. 328 с.
6. Поляков В.В., Скворцов Л.С. Насосы и вентиляторы: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1990. 336 с.
7. Рахмилевич З.З. Насосы в химической промышленности: Справочн. изд. М.: Химия, 1990. 240 с.
8. Страхович К.И., Френкель М.И., Кондряков И.К., Рис В.Ф. Компрессорные машины. М.: ГИТЛ, 1961. 600 с.
9. Черкасский В.М. Насосы, компрессоры, вентиляторы: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 416 с.
10. Справочная книга для инженеров, архитекторов, механиков и студентов. М.;- Л.: ГНТИ, 1931. Т. 2. 1481 с.
11. Белевич А.И. Методические указания по расчету и проектированию пароструйных эжекторов конденсационных установок паровых турбин ТЭС и АЭС. М.: ВТИ, 1984.
12. Булычев Г.А. Применение эжектирования при эксплуатации нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1989. 116 с.
13. Теплотехнический справочник. М.; -Л.: ГЭИ, 1958. Т. 2. 672 с.
14. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. 3-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.
15. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. 2-е изд., перераб. М.: Энергия, 1970. 288 с.
16. Шаманов Н.П., Дядик А.Н., Лабинский А.Ю. Двухфазные струйные аппараты. Л.: Судостроение, 1989. 240 с.
17. Дубровин Е.Р., Дубровин И.Р., Некрасов В.А. Опыт термической утилизации нефтесодержащих вод на кораблях // Морской сборник. 1994. № 12. С. 70–72.
18. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1988. 256 с.
19. Юфин А.П. Гидромеханизация: Учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1965. 466 с.
20. Джвашейшвили А.Г. Гидротранспортные системы горнообогатительных комбинатов. М.: Недра, 1973. 352 с.
|
|
|
21. Донец К.Г. Гидроприводные струйные компрессорные установки. М.: Недра, 1990. 174 с.
22. Стахов Е.А. Очистка нефтесодержащих сточных вод предприятий хранения и транспорта нефтепродуктов. Л.: Недра, 1983. 263 с.
23. Успенский В.А. Пневматический транспорт. Свердловск: Металлургиздат, 1959. 232 с.
24. Смолдырев А.Е. Гидро- и пневмотранспорт в металлургии. М.: Металлургия, 1985. 280 с.
25. Пневмотранспортное оборудование: Справочник / Под общ. ред. М.П. Калинушкина. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1986. 286 с.
26. Потураев В.Н., Волошин А.И., Пономарев Б.В. Вибрационно-пневматическое транспортирование сыпучих материалов. Киев: Наукова думка, 1989. 248 с.
27. Дребница А.В., Гагауз Ф.Г. Малогабаритный щелевой пневматический эжектор // Шахтное строительство. 1971. № 11. С. 14–15.
28. Ганич Г.А., Неймарк Р.В. Экспериментальное исследование эжекторного увеличителя тяги с кольцевым подводом эжектирующего газа // Тр. ЦАГИ. 1978. Вып. 1958.
29. Башкатов В.А., Орлов П.П., Федосов М.И. Гидрореактивные пропульсивные установки. Л.: Судостроение, 1977. 296 с.
30. РТМ по проектированию пневматического транспорта и складов силосного хранения полимеров в производствах по переработке пластических масс. Ростов-на-Дону, 1990. 120 с.
31. Мазуров Д.Я. Теплотехническое оборудование заводов вяжущих материалов. М.: Стройиздат, 1982. 288 с.
32. Холпанов Л.П., Запорожец Е.П., Зиберт Г.К., Кашицкий Ю.А. Математическое моделирование нелинейных термогидрогазодинамических процессов в многокомпонентных струйных течениях. М.: Наука, 1998. 320 с.
33. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 11II. М.: Наука, 1987. 360 с.
34. Семеновский Ю.В. Исследование процессов тепло- и массообмена при распыливании жидкости в воздушной колонне // Водоснабж.ение и сан. техника. 1980. № 10. С. 8–10.
35. Семеновский Ю.Г., Акульшин В.А., Пыжиков В.С. Эжекционная система аэрации в установках для очистки сточных вод // Водоснабж.ение и сан. техника. 1980. № 7. С. 4–6.
36. Галустов В.С. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.
37. Трубаев В.И. Гидродинамика в жидкостно-газовых инжекторах с компактными и диспергированными струями жидкости: Автореф. дис. канд. техн. наук. СПб.: СПбГТИ(ТУ). 2000.. 20 с.
38. Вентиляторы: Каталог-справочник. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1977. 90 с.
39. Вентиляторы: Отраслевой каталог 20-89–10. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1989. 165 с.
40. Галимзянов Ф.Г. Вентиляторы: Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1968. 167 с.
41. Сидоров М.Д. Справочник по воздуходувным и газодувным машинам. М.: Машгиз, 1962. 260 с.
42. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. 175 с.
43. Степанов А.И. Центробежные и осевые компрессоры, воздуходувки и вентиляторы. М.: Машгиз, 1960. 347 с.
44. Центробежные вентиляторы / Т.С. Соломахова и др. М.: Машиностроение, 1975. 405 с.
45. Байбаков О.В. Вихревые гидравлические машины. М.: Машиностроение, 1981. 197 с.
46. Берлин М.А. Ремонт и эксплуатация насосов нефтеперерабатывающих заводов. М.: Химия, 1970. 280 с.
47. ГОСТ 17398–72. Насосы. Термины и определения. Изд. стандартов, 1972. 36 с.
48. Динамические насосы для сточных жидкостей: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1986.
49. Дозировочные насосы и агрегаты: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.
50. Кириллов И.И. Теория турбомашин. М.: Машиностроение, 1972. 536 с.
51. Компрессорные машины.: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987. 192 с.
52. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. М.: Машиностроение, 1966. 364 с.
53. Лопастные и роторные насосы.: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.
54. Михайлов А.К., Малюшенко В.В. Лопастные насосы. М.: Машиностроение, 1977. 288 с.
55. Насосный справочник на освоенное и серийно выпускаемое насосное оборудование. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1979.
56. Насосы осевые типа О, ОП и центробежные вертикальные типа В:. Каталог-справочник. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1970. 52 с.
57. Насосы центробежные и осевые: Справочник. М.: Минводхоз СССР, ЦБНТИ, 1972.
58. Нефтяные центробежные насосы.: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1980.
59. Осевые вертикальные насосы (типов ОВ и ОПВ). М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983.
60. Отраслевые каталоги на насосное оборудование. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987.
61. Подобуев Ю.С., Селезнев К.П. Теория и расчет центробежных и осевых компрессоров. М.:
Машгиз, 1957. 320 с.
62. Поршневые компрессоры / С.Е. Захаренко и др. М.: Машгиз, 1961. 454 с.
63. Поршневые химические насосы.: Каталог-справочник. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1967.
64. Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. М.: Машгиз, 1960. 683 с.
65. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. М.,; Л.: Машиностроение, 1964. 336 с.
66. Робожев А.В. Насосы для атомных электрических станций. М.: Энергия, 1979. 135 с.
67. Синев Н.М., Удовиченко П.М. Бессальниковые водяные насосы. М.: Атомиздат, 1972. 495 с.
68. Скважинные насосные установки для воды: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1977.
69. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы. М.: Машгиз, 1960. 320 с.
70. Ушаков К.А., Брусиловский И.В., Бушель А.Р. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций. М.: Госгортехиздат, 1960. 422 с.
71. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. М.: Машиностроение, 1969. 743 с.
72. Центробежные герметичные электронасосы: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.
73. Центробежные горизонтальные и вертикальные химические насосы с проточной частью из металла: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1981.
74. Центробежные грунтовые и фекальные насосы: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1971.
75. Центробежные консольные насосы общего назначения типов К и КМ для воды. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1977.
76. Центробежные консольные насосы с осевым входом для воды типов К и КМ: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1985.
77. Центробежные консольные насосы унифицированного ряда: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1984.
78. Центробежные насосы двустороннего входа (Д): Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1982.
79. Центробежные насосы типа АХ: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1976.
80. Центробежные насосы типа ТХ: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1979.
81. Центробежные насосы типа Х: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1974.
82. Центробежные насосы типа ХО: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1977.
83. Центробежные насосы типа ЦНС: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1975.
84. Центробежные погружные химические насосы: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1984.
85. Центробежные химические насосы из титана: Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1975.
86. Центробежные электронасосы для загрязненных вод (ГНОМ): Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1974.
87. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Высшая школа, 1972. 342 с.
88. Яременко О.В. Испытания насосов. М.: Машиностроение, 1976. 223 с.
|
|
|
