Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей
Приведены результаты экспериментальных исследований параметров течения в воздушной низконапорной эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей. Определение расходных характеристик сочеталось с измерением давления и скорости. Также осуществлялась визуализация течения внутри газодинами...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4692 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей / В.И. Коробов, Я.В. Загуменный, Ю.А. Парамонов // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860141243842953216 |
|---|---|
| author | Коробов, В.И. Загуменный, Я.В. Парамонов, Ю.А. |
| author_facet | Коробов, В.И. Загуменный, Я.В. Парамонов, Ю.А. |
| citation_txt | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей / В.И. Коробов, Я.В. Загуменный, Ю.А. Парамонов // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Приведены результаты экспериментальных исследований параметров течения в воздушной низконапорной эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей. Определение расходных характеристик сочеталось с измерением давления и скорости. Также осуществлялась визуализация течения внутри газодинамического тракта. Использовались нерасчетные срезанные сопла простой конфигурации. Показано существование оптимального соотношения параметров. Аэродинамическая эффективность эжектора зависит от геометрии сопла для выдува высокоскоростной струи и формы его сопряжения со стенкой камеры смешения. Путем вариации величины импульса высокоскоростной струи и геометрии газодинамического тракта можно улучшить расходные характеристики и эффективность эжекторной системы.
Наведенi результати експериментальних дослiджень параметрiв течiї повiтряної ежекторної системи з напiвобмеженим високошвидкiсним струменем та малими перепадами тиску. Визначення витратних характеристик поєднувалось з вимiром тиску та швидкостi. Також виконувалась вiзуалiзацiя течiї в серединi газодинамiчного тракту. Використовувались не розрахунковi обрiзанi сопла простої конфiгурацiї. Показано iснування оптимального спiввiдношення параметрiв. Аеродинамiчна ефективнiсть ежектора залежить вiд геометрiї сопла для видуву високошвидкiсного струменю та форми поверхнi, яка поєднує його зi стiнкою камери змiшування. Шляхом варiацiї величини iмпульсу високошвидкiсного струменя та геометрiї газодинамiчного тракту можливе покращення витратних характеристик та ефективностi ежекторної системи.
The results of experimental investigations of flow parameters in air ejector system with semibounded high-speed jet are adduced. Consumption characteristics as well as pressure measuring and flow visualization in the interior of gas dynamic track were determined. Underexpanded cut off jet nozzles with simple configuration were used. The existance of an optimal ratio of parameters has been shown. Aerodynamic efficiency of ejector depends upon geometric parameters of nozzle for jet blowing and the shape of its conjugate with the mixing chamber wall. The flow-rate characteristics and efficiency of the ejector system can be improved by variation of the high-speed jet impulse magnitude and shape of gas-dynamic channel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:49:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
УДК 533.6.011, 621.694.2
ТЕЧЕНИЕ В ЭЖЕКТОРНОЙ СИСТЕМЕ
С ПОЛУОГРАНИЧЕННОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ
СТРУЕЙ
В. И. К О Р ОБ ОВ, Я. В. ЗА Г У МЕН Н Ы Й, Ю. А. П АР А МОН О В
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
Получено 27.07.2006
Приведены результаты экспериментальных исследований параметров течения в воздушной низконапорной эже-
кторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей. Определение расходных характеристик сочеталось
с измерением давления и скорости. Также осуществлялась визуализация течения внутри газодинамического трак-
та. Использовались нерасчетные срезанные сопла простой конфигурации. Показано существование оптимального
соотношения параметров. Аэродинамическая эффективность эжектора зависит от геометрии сопла для выдува
высокоскоростной струи и формы его сопряжения со стенкой камеры смешения. Путем вариации величины импуль-
са высокоскоростной струи и геометрии газодинамического тракта можно улучшить расходные характеристики и
эффективность эжекторной системы.
Наведенi результати експериментальних дослiджень параметрiв течiї повiтряної ежекторної системи з напiвобмеже-
ним високошвидкiсним струменем та малими перепадами тиску. Визначення витратних характеристик поєднувалось
з вимiром тиску та швидкостi. Також виконувалась вiзуалiзацiя течiї в серединi газодинамiчного тракту. Викори-
стовувались не розрахунковi обрiзанi сопла простої конфiгурацiї. Показано iснування оптимального спiввiдношення
параметрiв. Аеродинамiчна ефективнiсть ежектора залежить вiд геометрiї сопла для видуву високошвидкiсного
струменю та форми поверхнi, яка поєднує його зi стiнкою камери змiшування. Шляхом варiацiї величини iмпульсу
високошвидкiсного струменя та геометрiї газодинамiчного тракту можливе покращення витратних характеристик
та ефективностi ежекторної системи.
The results of experimental investigations of flow parameters in air ejector system with semibounded high-speed jet are
adduced. Consumption characteristics as well as pressure measuring and flow visualization in the interior of gas dynamic
track were determined. Underexpanded cut off jet nozzles with simple configuration were used. The existance of an optimal
ratio of parameters has been shown. Aerodynamic efficiency of ejector depends upon geometric parameters of nozzle for
jet blowing and the shape of its conjugate with the mixing chamber wall. The flow-rate characteristics and efficiency of the
ejector system can be improved by variation of the high-speed jet impulse magnitude and shape of gas-dynamic channel.
ВВЕДЕНИЕ
Газовый эжектор благодаря простоте констру-
кции и надежности в эксплуатации широко
используется в различных отраслях техники.
Известно, что удовлетворительная работа газово-
го эжектора в большой мере зависит от длины ка-
меры смешения. Если она недостаточна, то хара-
ктеристики эжектора ухудшаются из-за неполно-
го перемешивания газов первичного и вторичного
потоков, а при ее чрезмерном увеличении возрас-
тает отрицательная роль потерь полного давления
на трение о стенки и в выхлопном диффузоре. У
эжекторов традиционной схемы оптимальная дли-
на цилиндрической камеры смешения обычно рав-
на 8 ÷ 12 ее калибров [1, 2].
В работе [3] отмечено, что оптимальный одно-
ступенчатый газовый эжектор во всей области
действительных значений параметров газов (отно-
шению давлений σ и коэффициенту эжекции k) яв-
ляется сверхзвуковым. В работе [4] показана опти-
мальность одноступенчатого газового эжектора на
критическом режиме работы. Из экспериментов
[3] следует, что оптимальная длина камеры сме-
шения сверхзвукового эжектора зависит от коэф-
фициента эжекции k.
В ряде практических приложений необходим
эжектор с малыми габаритными размерами, но
при этом обладающий высокими расходными ха-
рактеристиками, достаточно высоким коэффици-
ентом эжекции и работающий при большом дав-
лении эжектирующего газа.
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
В эжекторе традиционной прямоточной схе-
мы [5] вокруг первичной полностью затопленной
высокоскоростной осесимметричной струи форми-
руется эжектируемая коаксиальная низкоскоро-
стная вторичная струя. Уменьшение протяженно-
сти камеры смешения приводит к резкому паде-
нию коэффициента аспирации [4, 6]. Эффектив-
ность эжектора можно повысить, если модернизи-
ровать газодинамический тракт. Это можно осу-
ществить, если область перемешивания эжектиру-
ющей и вторичной струй развивать не вдоль по
36 c© В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов, 2007
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 1. Схема эжектора:
1 − 4− места размещения датчиков давления
потоку, а интенсифицировать процесс взаимодей-
ствия в плоскости, перпендикулярной к направле-
нию вторичного потока.
В качестве одного из подходов в этом направ-
лении может служить реализация взаимодействия
высокоскоростной полуограниченной струи со сво-
бодным вторичным течением.
С целью уменьшения гидравлических потерь во
внутреннем тракте и повышения эффективности
рассмотрена схема плоского эжектора, в котором
щели для выдува плоских сверхзвуковых струй
располагались на внутренних поверхностях вне-
шних стенок в начале камеры смешения (рис. 1).
Использованы срезанные нерасчетные плоские
сопла высокого давления с простой геометрией.
Целесообразность такого исполнения сопла об-
условлена, с одной стороны, упрощенной техноло-
гией изготовления. С другой стороны, учитыва-
лись данные о том, что восстановление давления
на стенке за критическим сечением у плоского со-
пла с прямолинейными образующими суживаю-
щейся и расширяющейся частей больше, чем у осе-
симметричного сопла с такими же углами образу-
ющих [7]. Из двух таких сопел, имеющих одинако-
вое расчетное значение степени понижения давле-
ния, коэффициент импульса плоского сопла боль-
ше, чем осесимметричного.
Цель настоящей работы заключалась в экспери-
ментальной проверке эффективности взаимодей-
ствия первичного и вторичного потоков в возду-
шной эжекторной системе указанного типа. В слу-
чае формирования струйного течения из срезан-
ного сопла большое значение приобретает геоме-
трия сопряжения сопла с поверхностью камеры
смешения. Поэтому в опытах предусмотрена вари-
ация геометрии газодинамического тракта в обла-
сти выдува высокоскоростной струи.
Рис. 2. Схема стенда для продувки эжектора
2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА
ЭКСПЕРИМЕНТА
Для проведения исследований изготовлен макет
плоского эжектора. Поперечное сечение камеры
смешения имеет форму прямоугольника с соотно-
шением сторон в наиболее узком месте, равным
L/2z ≈ 6 : 1, где L− размах эжектора, 2z− хара-
ктерный (наименьший) поперечный размер кана-
ла. Одна из особенностей макетного образца иссле-
дуемой эжекторной системы состояла в том, что
былa выбрана камера смешения переменной гео-
метрии, причем малого удлинения, величина ко-
торого составляла (lm + ld)/2z = 2.7 (рис. 1). Эта
величина существенно меньше, чем соответствую-
щий параметр у эжекторов традиционной схемы.
Особенности конструкции макетного образца
эжектора позволяли изменять ряд геометрических
параметров газодинамического тракта.
В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов 37
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 3. Зависимость расходной характеристики (a) и
коэффициента аспирации (b) макета эжектора от
величины давления наддува в форкамере
Важным геометрическим параметром эжектора
является отношение площадей выходных сечений
сопел для эжектирующего и эжектируемого газов
α = F1/F2. В опытах эта величина варьировалась
в пределах: α = 0.0036÷ 0.008, т. е. α << 1. Эже-
ктор с малым значением параметра α позволяет
подсосать большое количество газа, но мало по-
вышает его напор.
Для проведения продувок макетных образцов
эжектора был собран стенд [8], который позволял
работать в импульсном режиме. Продолжитель-
ность рабочего цикла могла варьироваться в пре-
делах от 120 до 500 миллисекунд.
Схема стенда показана на рис. 2. В состав стенда
входят: 1− баллон со сжатым воздухом высокого
давления (P < 15 MПa, объем 40 л); 2− регулируе-
мый воздушный редуктор; 3− воздушный ресивер
низкого давления (P < 5 MPa, объем 12 л) с образ-
цовым воздушным манометром; 4− управляемый
электромагнитный воздушный клапан; 5 , 6 , 7−
блоки питания и управления открытием электро-
магнитного клапана; 8− датчик давления; 9−
АЦП (аналого-цифровой преобразователь); 10−
компьютер; 11− газовый расходомер; 12− гибкий
сосуд для сбора воздуха на выходе из эжектора;
13− датчик давления (разряжения); 14− иссле-
дуемый образец эжектора; 15− съемная заглушка
заборного конфузора эжектора.
По показаниям газового расходомера (11 ) опре-
делялся суммарный объем воздуха V , прокачанно-
го через эжектор за время рабочего цикла. Вели-
чина объемного расхода вычислялась как Q = V/t,
где t− рабочее время наддува камеры перед ще-
лью.
Для регистрации времени t и величины давле-
ния наддува эжектора в камере перед щелью уста-
навливались малоинерционные полупроводнико-
вые датчики давления 8 фирмы “Motorolla” серии
MPX5 и фирмы “Honeywell” ML500PS2PC с рабо-
чим диапазоном давления до 1000 и до 3500 kПa
соответственно.
В результате проведения экспериментов опреде-
лялся объемный расход воздуха через эжектор со-
ответственно при открытом (QP = QS +QH) и за-
крытом (QH) заборнике канала подсоса воздуха.
В последнем случае фиксируемая величина соо-
тветствовала расходу эжектирующей струи. Нахо-
дился также коэффициент эжекции (аспирации) в
зависимости от давления P в камере нагнетания
(наддува) перед щелью выдува высокоскоростной
струи Kasp = QP /QH .
В опытах с помощью малоинерционных полу-
проводниковых дифференциальных датчиков 13
регистрировались пульсации давления, а с помо-
щью пневматического зонда определялась вели-
чина скорости в нескольких характерных точках
по тракту эжектора. Одновременно регистриро-
вались интегральные аэродинамические характе-
ристики. Особенность техники эксперимента со-
стояла в том, что для обеспечения измерений ра-
сходных характеристик эжектора при импульсном
режиме струи реализована схема с промежуто-
чным малоинерционным буферным накопителем
12 , что обеспечило высокую точность измерений
интегральных параметров [8]. Визуализация тече-
ния осуществлялась методом отмеченных частиц.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Рассмотрены два случая. В первом случае высо-
коскоростная струя выдувается перпендикулярно
(γ = 90◦) по отношению к направлению втори-
38 В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 4. Распределение давления на оси канала эжектора: a , b− импульс высокоскоростной струи направлен
под прямым углом к направлению вторичного потока; c, d− эжектирующая струя наклонена по отношению к
оси эжектора; 1 − 4− величина разряжения в камере смешения и диффузоре; 5− величина давления наддува
в коллекторе перед щелью (A) для выдува высокоскоростной струи. Расположение датчиков 1 − 5 показано
на рис. 1 и рис. 5
чного потока, а во втором – импульс высокоскоро-
стной струи наклонен по отношению к эжектируе-
мому потоку под некоторым углом (γ = 57◦). Кро-
ме того, в первом случае варьировался размер ще-
ли A (сопла) для выдува высокоскоростной струи,
изменялась геометрия среза сверхзвукового сопла
h и изменялась величина проходного сечения ка-
меры смешения Z (рис. 1).
На рис. 3, a приведены результаты измерений
объемного расхода эжектирующей струи QH и
эжектора в целом QP . На рис. 3, b приведены
данные по коэффициенту аспирации (Kasp =
= QP/QH), в зависимости от величины давления
наддува P в коллекторной полости перед щелью,
из которой истекает высокоскоростная струя.
Общим для всех кривых 1 − 3 на рис. 3 явля-
ется одинаковый размер щели − A1 = A2 = A3.
Отличие заключается в следующем. Для кривых
1 и 2 геометрия в зоне выдува высокоскоростной
струи одинакова, причем γ1 = γ2 = 90◦ (“прямая”
щель). Экспериментальная зависимость 3 отража-
ет данные испытаний эжектора с наклоненной ще-
лью: γ3 = 57◦.
Величина проходного сечения камеры смешения
для 2 и 3 одинакова: z2 = z3. Для модификации
1 , по сравнению с 2 и 3 , площадь проходного се-
чения увеличена на 50%, т. е. z1 = 1.5z2 = 1.5z3.
Соотношения величин проходного сечения сопла
и камеры смешения (α = F1/F2 = A/z) соответ-
ственно равны: α1 = 0.004; α2 = α3 ≈ 0.006.
Как следует из данных эксперимента, с увели-
чением давления наддува расход эжектирующей
струи QH монотонно растет во всем исследуемом
диапазоне по давлению. Поскольку у всех трех мо-
дификаций размер щели один и тот же, то и расход
газа через напорное сопло в эксперименте одина-
ков (кривые 4 − 6 , рис. 3, а).
Для “прямой” струи (γ = 90◦), в отличие
В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов 39
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
от зависимости величины расхода эжектирующей
струи QH(P ), экспериментальная кривая суммар-
ного расхода имеет некий предел по давлению, по-
сле которого величина QP (P ) резко падает. В этом
случае происходит также резкое падение коэффи-
циента аспирации. Так, для модификации эжекто-
ра, результаты продувки которого представлены
кривой 2 на рис. 3, такая картина наблюдается в
достаточно узком диапазоне давления: 16÷17 Бар.
Такая особенность расходных характеристик
подтверждается результатами измерений распре-
деления давления (рис. 4) в характерных зонах
внутри тракта эжектора (см. рис. 1: 1− во вхо-
дном конфузоре (в воздухозаборном устройстве
для вторичного потока); 2− в области выдува
высокоскоростной струи; 3 , 4− в камере смешения
и диффузоре).
На графиках указаны следующие обозначения.
Кривые 1 ÷4− величины разряжения (−P ) в соо-
тветствующих точках по тракту эжектора (рис. 1
и 5). Кривая 5− величина давления наддува
(PH−in) в камере перед соплом. Рядом с кривой
5 указан поправочный коэффициент приведения
данных к масштабу шкалы давления. На графике
также приведена средняя величина давления над-
дува (PH−in,av) за время рабочего цикла.
Данные на графиках рис. 4, а, b соответствуют
интегральным параметрам при продувке эжекто-
ра с прямой струей (кривая 2 на рис. 3, а) и отли-
чаются величиной давления наддува в коллекторе
перед щелью.
Из сравнения графиков на рис. 4, а, b видно,
как резко упал уровень разрeжения во всех дре-
нажных точках, и особенно в точках 1 и 2, при
прохождении порогового (критического) значения
давления наддува (PH−in,av ≈ 16.5 Бар).
Характер изменения распределения давления
свидетельствует о появлении обратного течения в
тракте эжектора. Происходит отрыв высокоскоро-
стной струи, вытекающей из щели, от обтекаемой
поверхности и, как следствие, частичное запира-
ние эжектора. При этом наблюдается падение его
эффективности (коэффициента аспирации) (кри-
вая 2 , рис. 3, b).
Таким образом, экспериментально подтвержде-
но существование критического режима работы
сверхзвукового газового эжектора исследуемого
типа, когда происходит запирание низконапорного
газа расширяющейся струей высоконапорного газа
на начальном участке камеры смешения [9].
Более полное представление о взаимодействии
струй в низконапорном эжекторе можно составить
на основе выполненной визуализации течения [10].
На рис. 5 показана визуализация картины обте-
Рис. 5. Картина течения в камере смешения газового
эжектора при различной величине импульса
высокоскоростной струи
кания внутри тракта эжектора с “прямой” струей
путем подкрашивания одной из двух высокоскоро-
стных струй.
На фотографии области с различной градацией
по яркости, вниз по потоку от переднего фронта
струи (А на рис. 5, b), указывают на различный
уровень скорости в камере смешения. Более яр-
кой области на фотографии соответствует зона с
большей скоростью потока. Чем темнее зона, тем
больше в ней степень торможения потока. Это об-
условлено тем, что концентрация взвешенных ча-
стиц в воздухе (отмеченных частиц в пространс-
тве) обратно пропорциональна скорости потока.
Характерная фотография распределения скоро-
стей на докритических режимах (PH−in,av < Pкр)
показана на рис. 5, а.
На фотографии рис. 5, b показана визуализация
выдува высокоскоростной струи и последующего
ее смешения с эжектируемым потоком на предкри-
40 В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 6. Распределение скорости на оси канала (z = 0)
по длине эжектора при разных значениях наддува
в форкамере:
1 − P = 14 .6 Бар; 2 − P = 12 .1 Бар
Рис. 7. Значение скорости в двух точках
на оси канала z = 0
в зависимости от давления наддува в ресивере:
1 − b∗ = 0 .30 ;2 − b∗ = 0 .38
тическом режиме обтекания. Эта фотография со-
ответствует данным по расходным характеристи-
кам, представленным кривой 2 на рис. 3, при дав-
лении наддува порядка PH−in,av ≈ 14 Бар. Этим
же данным, в свою очередь, приблизительно со-
ответствует распределение давления, приведенное
на рис. 4, а. На фотографии течения зонам с боль-
шей освещенностью соответствуют области с боль-
шей скоростью потока. Хорошо видны передний
фронт (A) и ядро (B) высокоскоростной струи и
трансформация поля скорости в камере смешения.
При этом эжектирующая высокоскоростная
струя выдувается из щели в стенке во внутрь ка-
нала под углом к низкоскоростной струе и затем,
за счет особенностей геометрии камеры смешения,
прижимается к стенке, разворачивается и ускоря-
ется в направлении выходного сечения параллель-
но эжектируемой струе. Создаваемая при этом зо-
на пониженного давления на стенке подсасывает
вторичное течение.
Картина течения, когда давление становится
выше критического, показана на рис. 5, c. Этому
же случаю соответствуют данные по распределе-
Рис. 8. Распределение скорости в двух сечениях
поперек канала при разных значениях давления
наддува в форкамере: 1 − b∗ = 0 .30 ,P = 12 .1 Бар;
2 − b∗ = 0 .30 ,P = 14 .6 Бар;
3 − b∗ = 0 .38 ,P = 14 .6 Бар
нию давления внутри тракта эжектора, представ-
ленные на рис. 4, b.
Четко просматривается отрыв высокоскоро-
стной струи от разгонной поверхности и запирание
эжектора.
Картина поля течения в камере смешения, по-
лученная путем визуализации потока, согласуется
как с результатами измерений давления, так и с
данными прямых измерений скорости в ряде то-
чек внутри тракта эжектора. Последние данные
зарегистрированы с помощью пневмометрическо-
го зонда скоростного напора.
Количественные результаты измерения скоро-
сти внутри эжектора приведены на рис. 6–9.
С увеличением импульса эжектирующей струи
повышается скорость в пристенной области и уве-
личивается протяженность зоны ядра струи в на-
правлении от стенки. Такая динамика наблюдает-
ся также при визуализации потока (рис. 5, а, b).
Приведенные зависимости 1 и 2 на рис. 3 яв-
ляются характерными для эжекторной системы,
в которой направление течения в сопле высоко-
скоростной струи задается под прямым углом по
отношению к импульсу вторичного потока [8].
Характер течения в камере смешения эжектора
с наклонной струей отличается от случая с “пря-
мой” струей. Отрыва высокоскоростной струи в
исследуемом диапазоне по давлению наддува не
наблюдалось. Об этом свидетельствует монотон-
ный характер кривой 3 на рис. 3 и последователь-
ное нарастание параметров разряжения с увеличе-
нием давления наддува на рис. 4 (от c к d).
При одинаковой геометрии эффективность эже-
ктора с наклонной струей ниже, чем у эжекто-
ра с “прямой” струей на докритических режимах
[10]. При соответственно одинаковой величине им-
В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов 41
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 9. Значение скорости в двух разных точках,
смещенных поперек канала b∗ = 0.3
в зависимости от давления наддува:
1 − z ∗ = 0 .79 ;2 − z ∗ = 0 .67
пульса эжектирующей струи, на режимах, где для
“прямой” струи наступает отрыв от обтекаемой по-
верхности и происходит частичное запирание эже-
ктора − наклонная струя продолжает эффективно
работать, (сравни кривые 2 и 3 на рис. 3). Следу-
ет полагать, что запирание эжектора при накло-
ненной высокоскоростной струе будет происходить
при больших значениях величины давления над-
дува в камере перед соплом.
На докритических режимах более эффектив-
ным оказалось взаимодействие “прямой” эжекти-
рующей струи со вторичным потоком. Поэтому ва-
риация геометрии газодинамического тракта в эк-
спериментах проводилась на модификациях эже-
ктора вышеуказанного типа.
Первоначально изменялась величина проходно-
го сечения камеры смешения при неизменных па-
раметрах сопла и геометрии его сопряжения с
трактом эжектора. С увеличением поперечного
размера камеры смешения также увеличилась ве-
личина критического давления (см. кривые 2 и 1
на рис. 3). Увеличение площади проходного сече-
ния камеры смешения на 50% привело к увеличе-
нию расходных характеристик до 7%. Зависимость
параметра эффективности эжектора от соотноше-
ния размеров проходного сечения камеры смеше-
ния и сопла носит нелинейный характер.
Это подтверждается данными прямых измере-
ний скорости потока внутри камеры смешения
эжектора. Протяженность зоны пристенной высо-
коскоростной струи поперек потока мало изменя-
ется по мере увеличения импульса эжектирующей
струи (рис. 7−9).
В другом случае изменялась величина прохо-
дного сечения плоского сопла A (рис. 1) при
прочих неизменных геометрических параметрах
тракта. Результаты такого цикла экспериментов
с измерением расходных характеристик и эффе-
Рис. 10. Зависимость расхода (a) и коэффициента
аспирации (b) от величины давления наддува при
различных значениях проходного сечения сопла A
для выдува высокоскоростной струи
ктивности приведены на рис. 10, а, b.
Общим для результатов на рис. 10 является оди-
наковая для всех геометрия тракта и зоны сопря-
жения щели для выдува высокоскоростной струи
со стенкой камеры смешения W , причем z1 = z2 =
z3 = z4 и γ1−4 = 90◦. Отличие составляет размер
щели (сопла) A∗ = A/z : A∗
1
= α1 = 0.0036; A∗
2
=
α2 = 0.0052; A∗
3 = α3 = 0.0060; A∗
4 = α4 = 0.0080.
Этим размерам соответствуют кривые 1 − 4 на
рис. 10.
Для плоского эжектора с “прямой” струей с уве-
личением размера проходного сечения сопла рас-
ход газа в эжектирующей струе возрастает (кри-
вые 5−8 , рис. 10, а), а величина критического дав-
ления наддува уменьшается (рис. 11, c). При этом
42 В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
Рис. 11. Зависимость величины относительного
расхода (a), коэффициента аспирации (b) и величины
критического давления (c) от величины проходного
сечения A эжектирующего сопла
имеется оптимум по расходным характеристикам
(рис. 11, а) и коэффициенту аспирации (рис. 11,
b).
В третьем случае при постоянном соотношении
проходных сечений сопла и камеры смешения и
неизменной форме сопряжения выходной части
сопла со стенкой камеры смешения изменялась
величина среза нерасчетного сопла h∗ = h/h1,
где h1− высота зоны первого раскрытия сопла
(рис. 1). Характер полученных зависимостей Q(P )
и Kasp(P ), аналогичен данным предыдущей серии
экспериментов. В безразмерном виде результаты
продувок представлены на рис. 12.
C увеличением среза сопла величина критиче-
ского давления возрастает. Но при этом существу-
ет оптимальная величина ступеньки h срезанно-
Рис. 12. Зависимость величины относительного
расхода (a), коэффициента эжекции (b) и величины
критического давления (c) от глубины среза h
нерасчетного сопла
го сопла, при которой достигается максимальный
расход и происходит эффективное взаимодействие
эжектирующей струи и вторичного потока.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании результатов проведенного цикла
экспериментов можно полагать, что определяю-
щими элементами являются:
а) сопло, обеспечивающее нужную струю;
б) камера смешения с необходимыми параметра-
ми;
В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов 43
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 1. С. 36 – 44
в) место расположения сопла и форма его со-
пряжения с поверхностью эжектора, обеспечива-
ющие необходимое распределение давления и по-
ворот струи.
Указанные факторы определяют уровень ра-
сходной характеристики и эффективность работы
рассмотренной схемы низконапорной эжекторной
системы.
На основе многофакторного эксперимента по-
казано, что за счет вариации величины импульса
высокоскоростной струи и геометрии рассмотрен-
ной схемы эжектора можно увеличить его расхо-
дные характеристики и эффективность. При опти-
мальном выборе параметров можно улучшить ха-
рактеристики приблизительно в 1.5÷ 2 раза.
Исследования выполнены при поддержке
Украинского научно-технологического центра в
рамках проекта 3197.
1. Аркадов Ю. К. Оптимальный газовый эжектор с
диффузором // Ученые записки ЦАГИ.– 1980, Т.
11, N 2.– С. 9–14.
2. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика.–
М.: Наука, 1969.– 824 с.
3. Рябинков Г. М., Харитонов В. Т. Сверхзвуковой
оптимальный эжектор // Труды ЦАГИ.– 1989.–
вып. 2453.– С. 3–14.
4. Васильев Ю. Н. Газовые эжекторы со сверхзвуко-
выми соплами // Труды ЦАГИ.– 1956.– 32 c.
5. Христианович С. А., Гальперин В. Г., Миллион-
щиков М. Д., Симонов Л. А. Прикладная газовая
динамика, Ч. 1, 2 // М.: типография ЦАГИ, –
1948.
6. Харитонов В. Т. Исследование эффективности га-
зового эжектора с цилиндрической камерой сме-
шения // Теплоэнергетика.– 1958.– N 4.– С. 8–16.
7. Алексеенко В. А., Сафонов В. П., Щербаков С. А.
Газодинамические характеристики плоского или
осесимметричного сопла с прямолинейной обра-
зующей сверхзвуковой части // Ученые записки
ЦАГИ.– 1989.– T. 20, N 6.– С. 100–104.
8. Korobov V. I. The integral aerodynamic characteri-
stics of a gas ejector // Годичный отчет Институ-
та гидромеханики НАН Украины.– Киев, 2002.–
С. 59-60.
9. Никольский А. А., Шустов В. И. Критические ре-
жимы газового эжектора больших перепадов дав-
ления // М.: Труды ЦАГИ. – 1954.– C.4–9.
10. Коробов В. И., Клешня Н. А. Режимы течения
в низконапорном газовом эжекторе // Матерiа-
ли VII Мiжнародної науково-технiчної конферен-
цiї “АВIА-2006”, 25-27 вересня.– Київ, НАУ, T. I,
2006.– С. 14.13-14.16.
44 В. И. Коробов, Я. В. Загуменный, Ю. А. Парамонов
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4692 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-9087 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:49:36Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут гідромеханіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Коробов, В.И. Загуменный, Я.В. Парамонов, Ю.А. 2009-12-18T12:53:42Z 2009-12-18T12:53:42Z 2007 Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей / В.И. Коробов, Я.В. Загуменный, Ю.А. Парамонов // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 1. — С. 36-44. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4692 533.6.011, 621.694.2 Приведены результаты экспериментальных исследований параметров течения в воздушной низконапорной эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей. Определение расходных характеристик сочеталось с измерением давления и скорости. Также осуществлялась визуализация течения внутри газодинамического тракта. Использовались нерасчетные срезанные сопла простой конфигурации. Показано существование оптимального соотношения параметров. Аэродинамическая эффективность эжектора зависит от геометрии сопла для выдува высокоскоростной струи и формы его сопряжения со стенкой камеры смешения. Путем вариации величины импульса высокоскоростной струи и геометрии газодинамического тракта можно улучшить расходные характеристики и эффективность эжекторной системы. Наведенi результати експериментальних дослiджень параметрiв течiї повiтряної ежекторної системи з напiвобмеженим високошвидкiсним струменем та малими перепадами тиску. Визначення витратних характеристик поєднувалось з вимiром тиску та швидкостi. Також виконувалась вiзуалiзацiя течiї в серединi газодинамiчного тракту. Використовувались не розрахунковi обрiзанi сопла простої конфiгурацiї. Показано iснування оптимального спiввiдношення параметрiв. Аеродинамiчна ефективнiсть ежектора залежить вiд геометрiї сопла для видуву високошвидкiсного струменю та форми поверхнi, яка поєднує його зi стiнкою камери змiшування. Шляхом варiацiї величини iмпульсу високошвидкiсного струменя та геометрiї газодинамiчного тракту можливе покращення витратних характеристик та ефективностi ежекторної системи. The results of experimental investigations of flow parameters in air ejector system with semibounded high-speed jet are adduced. Consumption characteristics as well as pressure measuring and flow visualization in the interior of gas dynamic track were determined. Underexpanded cut off jet nozzles with simple configuration were used. The existance of an optimal ratio of parameters has been shown. Aerodynamic efficiency of ejector depends upon geometric parameters of nozzle for jet blowing and the shape of its conjugate with the mixing chamber wall. The flow-rate characteristics and efficiency of the ejector system can be improved by variation of the high-speed jet impulse magnitude and shape of gas-dynamic channel. ru Інститут гідромеханіки НАН України Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей Flow in ejector system with semibounded high-speed jet Article published earlier |
| spellingShingle | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей Коробов, В.И. Загуменный, Я.В. Парамонов, Ю.А. |
| title | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| title_alt | Flow in ejector system with semibounded high-speed jet |
| title_full | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| title_fullStr | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| title_full_unstemmed | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| title_short | Течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| title_sort | течение в эжекторной системе с полуограниченной высокоскоростной струей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4692 |
| work_keys_str_mv | AT korobovvi tečenievéžektornoisistemespoluograničennoivysokoskorostnoistruei AT zagumennyiâv tečenievéžektornoisistemespoluograničennoivysokoskorostnoistruei AT paramonovûa tečenievéžektornoisistemespoluograničennoivysokoskorostnoistruei AT korobovvi flowinejectorsystemwithsemiboundedhighspeedjet AT zagumennyiâv flowinejectorsystemwithsemiboundedhighspeedjet AT paramonovûa flowinejectorsystemwithsemiboundedhighspeedjet |