автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Процесс эжекции и смешения потоков газа в аппаратах циклонного типа

На правах рукописи

Исаев Сергей Викторович

ПРОЦЕСС ЭЖЕКЦИИ И СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ГАЗА В АППАРАТАХ

ЦИКЛОННОГО ТИПА

Специальность: 05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

16 МАЙ 2013

005059349

Санкт-Петербург 2013

005059349

Работа выполнена на кафедре машин и аппаратов химических производств в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)» (Университет машиностроения)

Научный руководитель: Лагуткнн Михаил Георгиевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры машин и аппаратов химических производств федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)» (Университет машиностроения)

Официальные оппоненты: Жуков Валерий Григорьевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры прикладной механики и конструирования машин федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Абиев Руфат Шовкетович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой оптимизации химической и биотехнологической аппаратуры федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Ведущая организация: ООО «Гипрохим» (г. Москва)

Защита состоится 11 июня 2013 г. в 14.00 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.06 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский пр., 26, ауд. 62.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТИ (ТУ).

Замечания и отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). Справки по тел.: (812) 494-93-75; факс: (812) 712-77-91; e-mail: dissowet@technolog.edu.ru

Автореферат разослан «2*3» 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.230.06 Лч"7_ ¡^^

кандидат физико-математических наук, доцент (Д'Л Ю.Г. Чесноков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

В химической, пищевой и других отраслях промышленности для эжекции и смешения газов могут использоваться два типа аппаратов, принципиально отличающиеся между собой способом подачи в камеру аппарата эжектирующего (рабочего) потока газа - в виде струи либо в виде закрученного потока (вихря).

К первому типу принадлежат струйные аппараты, которые нашли более широкое применение благодаря надежной экспериментальной базе и опробированной методике расчета, которая позволяет подобрать конструкцию и рассчитать показатели работы аппарата в широком диапазоне изменения его режимных параметров.

Ко второму типу относятся такие аппараты, как вихревые эжекторы, которые в некоторых случаях при схожих условиях работы могут обеспечить более высокие показатели, по сравнению со струйными аппаратами. Но использование вихревых эжекторов в промышленности сдерживается из-за отсутствия надежной методики их расчета, что является следствием скудной экспериментальной базы, содержащей результаты исследования работы этих аппаратов в лабораторных условиях.

Поэтому исследование работы вихревых эжекторов с целью создания математических зависимостей для расчета основных конструктивных и режимных параметров их работы является весьма актуальной задачей.

Цель работы. Разработать методику расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданную величину коэффициента эжекции.

Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- проанализировать влияние конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции;

- разработать методику расчета вихревого эжектора, обеспечивающего заданную величину коэффициента эжекции;

- провести экспериментальное исследование, подтверждающее возможность применения полученных зависимостей для расчета коэффициента эжекции;

- определить рациональные соотношения основных конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающего максимально возможную величину коэффициента эжекции.

Научная новизна работы:

- результаты анализа влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции;

- теоретическое обоснование рациональных соотношений величин основных конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающего максимально возможную величину коэффициента эжекции, защищенных патентом.

Практическая значимость работы:

- разработана методика расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданную величину коэффициента эжекции;

- результаты сопоставительного анализа работы струйного аппарата и вихревого эжектора;

- результаты работы используются в проектах промышленных производств, разрабатываемых ООО «Гипрохим».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на: XXIV и XXV Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях»; V международной научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве»; VII Международной научно-практической конференции «Актуальные достижения в европейской науке»; научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ.

Публикации. Материалы, изложенные в диссертационной работе, нашли отражение в 8 опубликованных печатных работах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патенте РФ.

На защиту выносятся:

- результаты анализа влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции;

- рациональные соотношения величин конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающего максимально возможную величину коэффициента эжекции, защищенные патентом;

- результаты сопоставительного анализа работы вихревого эжектора и струйного аппарата;

- методика расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданное значение коэффициента эжекции.

Достоверность полученных результатов. Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается использованием при разработке математических зависимостей для расчета коэффициента эжекции пакета программ SoIidWorks, использующих систему уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнолдсу, уравнения состояния компонентов текучей среды, эмпирические зависимости вязкости и теплопроводности этих компонентов среды от температуры и уравнения переноса кинетической энергии турбулентности и ее диссипации в рамках к- s модели турбулентности, а также хорошей сходимостью результатов расчета и экспериментов, проводимых на лабораторных стендах каф. МАХП ФГБОУ ВПО МГМУ (МАМИ) с использованием поверенных приборов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, четырех приложений, общий объем 150 страниц, содержит 61 рисунок, 10 таблиц, библиографический список из 104 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены цель, основные задачи исследований, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены общие понятия проведения процесса эжекции газа в вихревых эжекторах и струйных аппаратах.

Описан процесс эжекции газа в вихревых эжекторах. Приведен анализ известных методик расчета вихревого эжектора и способов определения рациональных параметров работы аппарата, обеспечивающих максимальное значение коэффициента эжекции. Показано конструктивное исполнение вихревого эжектора.

Описан процесс эжекции газа в струйных аппаратах и приведена их классификация. Показано конструктивное исполнение струйных аппаратов.

Во второй главе описан механизм компьютерного исследования с помощью программного комплекса SolidWorks - COSMOSFloWorks, с помощью которого возможно моделировать гидродинамическую картину внутри аппарата и определять физические параметры в любой точке пространства расчетной области.

Исследование вихревого эжектора с помощью компьютерного моделирования способно значительно сократить затраты времени на проведение испытаний, связанных с изучением влияние тех или иных параметров на величину коэффициента эжекции. Адекватность компьютерной модели вихревого эжектора ее реальному лабораторному образцу доказана путем сравнения расчетных и экспериментальных данных. Более подробное описание экспериментальной установки и процесса проведения эксперимента описано в четвертой главе.

Моделирование турбулентного течения жидкости в COSMOSFloWorks осуществляется с помощью осредненных по Рейнольдсу системы уравнений Навье-Стокса. Кроме того используются уравнения состояния компонентов текучей среды, а также эмпирические зависимости вязкости и теплопроводности этих компонентов среды от температуры. Для замыкания системы уравнений используются уравнения переноса кинетической энергии турбулентности и ее диссипации в рамках к —г: модели турбулентности.

Расчетная схема вихревого эжектора, созданная в программе SolidWorks для расчета в COSMOSFloWorks, представлена на рис. 1. Модель соответствует схематическому изображению вихревого эжектора, который работает следующим образом: рабочий (эжектирующий) поток газа подается в цилиндрический корпус 1 аппарата через тангенциально расположенные патрубки 2 и закручивается, на оси аппарата создается разряжение при

увеличении давления во вращающемся потоке газа по направлению к стенкам корпуса, в результате чего становится возможным подсос газа через патрубок входа эжектируемого потока 3, расположенный коаксиально цилиндрическому корпусу 1 аппарата со стороны входа рабочего потока, внутри аппарата рабочий и эжектируемый потоки газа смешиваются и выходят через тангенциальный патрубок выхода смешанного потока 4, расположенный с противоположной стороны аппарата.

патрубки входа рабочего потока, 3 - патрубок входа эжектируемого потока, 4 — патрубок выхода смешанного потока

В СО Б М О 8 РIо\Vorks имеется возможность выводить на экран результаты расчета проточной области аппарата. На рис. 2 представлено распределение давления в секущей плоскости, проходящей вдоль оси аппарата вертикально.

Основной характеристикой работы вихревого эжектора является коэффициент эжекции и, который представляет собой отношение расходов эжектируемого и рабочего потоков газа.

Основной задачей при исследовании модели аппарата является определение влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции. К основным конструктивным параметрам могут быть отнесены размеры патрубков входа рабочего потока 2 (рис. 1), патрубка входа эжектируемого потока 3, патрубка выхода смешанного потока 4 и длина цилиндрического корпуса 1 аппарата. Кроме того на величину коэффициента эжекции могут оказывать влияние конструктивные особенности патрубков входа рабочего потока и патрубка выхода смешанного потока, а именно отношение длины и ширины их поперечного сечения. К основным режимным параметрам относятся скорость газа в патрубках входа рабочего потока и величина наружного давления перед патрубками входа эжектируемого потока и выхода смешанного потока. Также на величину коэффициента эжекции могут оказывать влияние свойства (плотность, вязкость) эжектируемого и рабочего потоков газа.

Рис. 2 — Распределение давления внутри вихревого эжектора

Зависимость коэффициента эжекции от приведенных выше параметров можно записать в следующем виде:

„л. и. Р..

п'/'п'^ ^ "

V-1

Г>

' р.'и.'

(1)

Л., Я,

Необходимо отметить, что в предложенный симплекс параметров не входят критерии подобия. На первых этапах исследования была получена зависимость для расчета коэффициента эжекции в виде м=Д11е"). Но оказалось, что полученная зависимость справедлива только лишь для расчета исследуемого типоразмера вихревого эжектора, а при изменении конструктивных и режимных параметров работы аппарата, свойств газа показатель степени п может существенно меняться. Поэтому влияние на коэффициент эжекции параметров, которые входят в критерий Рейнольдса, рассматривалось отдельно (уравнение (1)).

В первом разделе второй главы приведены результаты исследования влияния конструктивных и режимных параметров на величину коэффициента эжекции при атмосферном наружном давлении перед патрубками входа эжектируемого потока газа и выхода смешанного потока. С целью получения максимально точных результатов и снижения возможной погрешности эксперимента, исследовались модели вихревого эжектора с различными значениями диаметра цилиндрического корпуса. При этом остальные конструктивные параметры с изменением диаметра корпуса увеличивались либо уменьшались в соответствующем масштабе. В ходе изучении результатов исследования было установлено, что масштабирование размеров аппарата не влияет на величину коэффициента эжекции.

В ходе проведения работы было принято решение некоторые из исследуемых параметров представить в том значении, которое обеспечивает максимальную величину коэффициента эжекции. К таким параметрам были отнесены конструктивные особенности патрубков входа рабочего потока и выхода смешанного потока, а именно отношение ширины поперечного сечения патрубка входа рабочего потока к его длине с/и отношение ширины поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока к диаметру аппарата а/О. Кроме этого была найдена рациональная величина длины цилиндрического

корпуса аппарата, которая складывается из длин поперечных сечений патрубков входа рабочего потока и патрубка выхода смешанного потока и расстояния от нижней кромки патрубков входа рабочего потока до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока. Обозначенный подход к определению длины аппарата был принят при последующем моделировании вихревого эжектора. Представленные конструктивные параметры принимают следующие рациональные значения, которые принимаются в качестве постоянных величин: с//=0,4, а/£>=0,5 и е/0=0,5.

Задача, поставленная в первом разделе второй главы, заключается в математическом моделировании процесса эжекции газа в вихревом эжекторе при условии атмосферного наружного давления перед патрубками входа эжектируемого потока и патрубком выхода смешанного потока.

На рис. З(я-г) представлены графики зависимости величины коэффициента эжекции от основных конструктивных параметров работы вихревого эжектора и от числа Маха (рис. 3(г)) в патрубках входа рабочего потока газа. Рациональные интервалы значений исследуемых величин определяются с учетом того, что коэффициент эжекции должен принимать положительные значения вплоть до максимально возможной величины. На основании полученных рациональных соотношений величин основных конструктивных элементов вихревого эжектора была подана заявка на изобретение и получен патент [3]. На графике, изображенном на рис. 3(а), коэффициент эжекции обращается в ноль при величине ¿/=0,25.0 и принимает максимальное значение при йН0,8£>. На рис. 3(6) при РВХ+ГВС=2,5ГВЬ1Х коэффициент эжекции обращается в ноль, при этом значение обеспечивает максимальную величину коэффициента эжекции. На рис. 3(в) наблюдаем, что при значении скорости газа в патрубках входа рабочего потока выше 40 м/с (М= 0,117) коэффициент эжекции перестает расти, но при этом будет расти гидравлическое сопротивление. На рис. 3(г) коэффициент эжекции обращается в ноль при значении /^=0,6^ и при ^ВХ<0,1.Р начинает заметно увеличиваться, но при этом, в случае создания избыточного давления внешней среды на выходе из аппарата, величина коэффициента эжекции при малых площадях поперечного сечения патрубков входа рабочего потока будет резко падать. Кроме того, с уменьшением площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа при неизменном значении скорости газа будет снижаться его расход, что приведет к снижению расхода эжектируемого газа. На основании опытных данных при значении /\к>0,3^ расход эжектируемого потока перестает расти, а при FHX<0,05F наблюдается резкое снижение расхода эжектируемого потока.

В результате исследования графиков, изображенных на рис.З(а-г) можно сделать вывод, что работа вихревого эжектора будет наиболее рациональна при следующих значениях конструктивных и режимных параметров: с/=(0,25-0,8)0, ^вх+^вс=(0,67-2,5)^ых, Л/<0, И 7 и /\к=(0,05-0,3)^- Полученные результаты защищены патентом.

Для того чтобы представить графическую зависимость коэффициента эжекции от исследуемых отношений конструктивных и режимных параметров

работы вихревого эжектора в виде математической зависимости, необходимо описать полученные кривые с помощью уравнений регрессии. С достаточной точностью кривые, изображенные на рис. З(о-г), можно описать с помощью степенной функции. В этом случае зависимость (1) с учетом того, что отношения с//", а/О и еЮ принимаются в качестве постоянных величин, можно представить в виде уравнения:

О 0,2 г 0,4 0,6 р^р

Рис. 3 - График зависимости коэффициента эжекции от: а - отношения диаметра патрубка входа эжектируемого потока к диаметру

цилиндрического корпуса аппарата, б — отношения суммарной площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока и патрубка входа эжектируемого потока к площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, в — числа Маха в патрубках входа рабочего потока, г — отношения площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока к площади поперечного сечения цилиндрического корпуса аппарата

На рис. 4(а) представлен график зависимости коэффициента эжекции от отношения плотности эжектируемого потока газа к плотности рабочего потока. На рис. 4(6) изображен график зависимости величины коэффициента эжекции, исключающей влияния плотности газовых потоков, от отношения вязкости эжектируемого и рабочего потоков газа. На графике видно, что при использовании в аппарате газов с одинаковой плотностью, но различной вязкостью, величина коэффициента эжекции практически не изменяется, поэтому влиянием вязкости газа можно пренебречь.

В результате уравнение (2) для расчета величины коэффициента эжекции запишется в следующем виде:

= 0,535

V/

м°

(3)

где и=-1,5б при /7вьк=(0,6-0,9)(/гвх+/7вс), «=-1,21 при ^вы1=(0,9-1,2)(^вх+^вс), л=-1,02 при /гвых=( 1,2-1,5)(/гвх+/гвс), ти=-0,7 при ^вх=(0,07-0,25)/% т=-0,3 при /гвх=(0,25-0,5)/\ Уравнение получено с учетом, что расстояние от нижней кромки патрубков входа рабочего потока до верхней кромки патрубка выхода смешанного потока е=0,5Д ширина поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока а=0,41), ширина поперечного сечения патрубков входа рабочего потока с=0,4/

"/(Рвс'Рвх)"0-33

0,6 0.4 0,2

—

................. Т1.............1............ ........•......т-...............

0,5 1 б 1,5 Ивс/Иб)<

Рис. 4 - График зависимости величины коэффициента эжекции от: а - отношения плотности эжектируемого потока газа к плотности рабочего

потока;

б — отношения вязкости эжектируемого потока газа к вязкости рабочего потока (величина коэффициента эжекции исключает влияние плотности потоков газа, доверительный интервал составляет ±5%)

Второй и третий разделы второй главы включает в себя результаты исследования влияния на величину коэффициента эжекции повышения либо понижения создаваемого в аппарате перепада давлений АРвьа=Рвых-Рвс.

Степень влияния создаваемого в аппарате перепада давлений может зависеть от множества факторов: как от конструктивных особенностей аппарата, так и от скорости газа в патрубках входа рабочего потока. Последняя величина зависит от числа Маха в патрубках входа рабочего потока и играет существенную роль в способности вихревого эжектора сохранять эжекционные свойства при положительном значении АРВЫХ.

Проведенные исследования показали, как влияет АРвьт на величину коэффициента эжекции при различных значениях того или иного конструктивного либо режимного параметра работы вихревого эжектора (рис. 5(я-д)).

В ходе исследование влияния конструктивных параметров аппарата на изменение величины коэффициента эжекции при положительном значении АРВых обнаружилось, что из всех конструктивных параметров существенное влияние на коэффициент эжекции оказывает только лишь отношение площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа к площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока. Изменение других конструктивных элементов аппарата при создании противодавления на выходе либо снижении давления на всосе на величину коэффициента эжекции влияет слабо, и пренебрежение этим влиянием не принесет большой погрешности в расчет.

При положительном значении АРВЫХ уравнение для расчета величины коэффициента эжекции принимает вид линейной зависимости (рис. 5(а-г) при Ретм-ДРвых/Ратм<1) и может быть записана в виде:

и = и„

и ¿С,

(4)

где иатм - величина коэффициента эжекции при свободном выходе смешанного потока в атмосферу, определяется с помощью уравнения (3), к1 - коэффициент, значение которого можно найти из следующей зависимости:

кх = т (р вх 77 т, (мУ2 С \ Рве

н \ вых / Ч Рвоз ;

(5)

ч ~ вых ; V ^ воз у

В результате проведенных исследований получаем следующую зависимость для расчета величины коэффициента эжекции при повышении наружного давление перед патрубком выхода смешанного потока либо снижении давления перед патрубком входа эжектируемого потока:

и = и„т- 0,102

Л-1.8

(М)~

Рвс

Рвоз

АР

(6)

Отрицательный перепад давлений АРВЫХ, как показали результаты проведенных исследований, приведет к росту величины коэффициента эжекции. Если перед патрубком входа эжектируемого потока давление среды будет выше атмосферного, формула (6) не даст точного результата, так как зависимость коэффициента эжекции от давления в этом случае не будет отвечать линейному закону распределения (рис. 5(а-г) при Р^м-АРвт/Р^м>\). Кроме того, на изменение коэффициента эжекции при отрицательном значении создаваемого в аппарате перепада давлений будет влиять не только отношение площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока к площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, но и все остальные конструктивные параметры вихревого эжектора, рассмотренные в первом разделе второй главы.

__а-3

—

0,996 0,998

1 , 'да (Ра™-ДРВых)/Ра™

«I

6 4

г о -2 -4

——1

_—

—=

л / а]

1 в1-002 (Ратм-АРвь^/Ра™

О'"8 1 в 1-002 (Ра™-ДРВьх>"'3™

иПЛОТ 1 5

0,995

' (^"т'^^вых^атм

^ 1 3

0.998 1 0 1,002 1.0М(Раты-йРвы><)/Ратм

Рис. 5 — График зависимости величины коэффициента эжекции от создаваемого

в аппарате перепада давлений при различных значениях: а - диаметра патрубка входа эжектируемого потока: ¿/=0,40(1), 0,50(2), 0,60(3),

0,70(4), 0,80(5),

б — отношения площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа к площади поперечного сечения цилиндрического корпуса аппарата:

^вх=0,05^(1), 0,1/^(2), 0,15/^(3), 0,2^(4), 0,25Д5), в - отношения площади поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока к суммарной площади поперечного сечения патрубков входа рабочего потока и патрубка входа эжектируемого потока: Рвых=0,7(Ры+Рвс)(\), 0,9(^вх+^вс)(2), 1,1(^+^X3), 1,3(ГВХ+^С)(4), 1,5(^вх+^вс)(5), г - числа Маха в патрубках входа рабочего потока: М=0,015(1), 0,03(2), 0,06(3),

0,09(4), 0,121(5),

д - плотности эжектируемого потока газа: рвс//эвсп=0,56(1), 0,595(2), 1(3), 1,1(4),

1,53(5)

Для того чтобы преобразовать результаты экспериментальных данных в математическую зависимость, необходимо представить данные в графическом виде и провести аппроксимацию полученных кривых. Если в первом разделе графические данные аппроксимировались с минимальной погрешностью с помощью степенной функции, то в данном случае аппроксимация степенной функцией приведет к большим погрешностям эксперимента. Поэтому для аппроксимации экспериментальных данных был проведен процесс регрессии, смысл которого сводится к подбору коэффициентов в той или иной аналитической зависимости. В пакете программ для инженерных расчетов МаЛСас! имеется большое количество встроенных функций для получения аналитической зависимости аппроксимирующей функции.

Для оценки погрешности между экспериментальной кривой и аппроксимирующей линией подсчитывается коэффициент корреляции согг. Если опытная кривая хорошо аппроксимируется одним из предложенных уравнений регрессии, то коэффициент корреляции при этом должен стремиться к 1.

Для того чтобы представить математическую зависимость в едином виде, все кривые должны быть описаны одной функцией. В ходе проведенных расчетов было установлено, что аппроксимация логарифмическим уравнением регрессии (у(.т) = с11п(х + с2) + с3) лучше всего и с минимальной погрешностью описывает опытные данные. Это справедливо для всех экспериментальных кривых, изображенных на рис. 5(а-г). Логарифмическое уравнение регрессии включает в себя три коэффициента: сь с2 и сз, значения которых характеризуют наклон, степень прогиба и отдаленность от оси абсцисс экспериментальной кривой соответственно. Коэффициенты с\, Сг и Сз будут принимать различные значения, а механизм их распределения также может быть описан с помощью стандартных уравнений регрессии.

Математическая зависимость для расчета величины коэффициента эжекции при отрицательном значении создаваемого в аппарате перепада давлений принимает следующий вид:

" = У», (7) где -[ 13,85 + 0,857)-12,1311п(Ршл~^ + 0,008-^ + 0,9923) +-12,39 ^ ;

0,0707-|^| +0,247

+ 27,97е

Р -АР (Р У'073

-+ 0,999) + 0,736 -1-^-1 +1,35

4,374 5Ш(-^— + 0,695) - 2,67

- 24,4 втГ—^— + 0,555) -14,49

1п

0.98945 + 0.0065-

искор = (о,113- М-°-ш- 0,0294 )1п(

Р -АР

ЛП1 и ЙК1

- + 0,033Л/-0,999) + 0,641 М~0,852 -0,258 ,

1,83^- + 64 || 1оё

Рвоз

^ат.и ^^вых

+ 0,45

Г V0'33

Е£

Коэффициент у зависит от отношения перепада давлений перед патрубком выхода смешанного потока и патрубком входа эжектируемого потока к нормальному атмосферному давлению, а кривую этой зависимости можно довольно точно аппроксимировать с помощью степенного уравнения регрессии. Расчет коэффициента будем вести по следующему уравнению:

У = 7,39

/ 4-1860

' Р -АР Л

атм вых

+ 0,247.

(8)

В четвертом разделе второй главы приведен расчет гидравлического сопротивления аппарата. Так как наружное давление перед патрубками входа эжектируемого и выхода смешанного потока считаются известными изначально, то для оценки гидравлических потерь в аппарате необходимо знать давление в патрубках входа рабочего потока газа Рвх.

Результаты проведенных исследований показали, что давление рабочего потока может зависеть от конструктивных особенностей аппарата, скорости рабочего потока газа, плотности используемых в аппарате газов и величины наружного давления перед патрубками входа эжектируемого потока и выхода смешанного потока.

Математическая зависимость для расчета относительного давления

Р =р /р 1 вхотн 1 ВХ'-* атм 5

учитывающая влияние перечисленных выше параметров,

принимает следующий вид:

Р Р Р Р

р _ • кхпя «хек ехвх вхеых

вхотн ~ р р р р

атм атм атм атм

(9)

где Р

Р — АР

= (0,544 - 0,194ркот„) +(0,456 + 0,1985Ресоп„)^--—

- = (0,618 -2,16М) +(4,109е°'525М -3,727)-^

Р -АР

Р ( Р } I Е \Р -АР 0,1456+3,234-^ + 0,8549-3,217-2- -а

к V / V ^ У ^лжм

0,753 Еа"

-0,3625

+ 1,365-0,7525

Р -ДР

Коэффициентзависит от создаваемого в аппарате перепада давлений и может быть определен с помощью следующего уравнения:

у, = 4,1 \е р- -0,1307. (10)

В первом разделе третьей главы приведена методика расчета вихревого эжектора, основанная на результатах проведенных исследований.

Во втором и третьем разделах третьей главы проведено сопоставление работы вихревого эжектора и струйного аппарата при одинаковых условиях проведения процесса эжекции, которые подразумевают равенство объемных расходов рабочего потока газа Qвx, достижимой величины коэффициента эжекции и создаваемого аппаратом перепада давлений АРВЫХ. Критерием для сравнения работы вихревого эжектора и струйного аппарата были выбраны относительный перепад давлений в аппаратах АРвт/АРвх (рис. 6), а также металлоемкость (масса) аппаратов (рис. 7), с которой напрямую связаны капитальные затраты на их изготовление.

Целесообразность использования вихревого эжектора, по сравнению со струйным аппаратом, подразумевает снижение энергетических затрат, связанных с подачей рабочего потока газа и капитальных затрат, рассчитываемых исходя из металлоемкости аппарата. Энергетические затраты на работу эжекторов характеризуются величиной относительного перепада давлений АРвт/АРвх, затраты тем ниже, чем больше значение ДРВЪК/АРВХ. При работе вихревого эжектора, как видно на графике, представленном на рис. 6, энергетические затраты ниже, чем при работе струйного аппарата, если создаваемый в аппарате перепад давлений ДЛВЬ1Х>200 Па. Кроме того, масса исследуемого образца вихревого эжектора в среднем на 17% ниже массы струйного аппарата, что говорит о меньших капитальных затратах, связанных с его изготовлением.

Рис. 6 - График зависимости относительного перепада давлений вихревого эжектора и струйного аппарата от создаваемого в аппаратах перепада давлений

Мс, кг

ддд

8

б

100 150 200 250 ДРВЬК, Па

Рис. 7 — График зависимости металлоемкости вихревого эжектора Мв и струйного аппарата Мс от создаваемого в аппаратах перепада давлений

В четвертой главе представлена схема и фотография экспериментальной установки и приведена методика проведения эксперимента.

Экспериментальное исследование опытного образца вихревого эжектора проводилось с целью подтверждения возможности использования компьютерного моделирования для изучения гидродинамики аппаратов.

Созданная в БоНс^огкз модель вихревого эжектора полностью соответствует экспериментальному образцу, а малая погрешность между расчетными и экспериментальными данными доказывает адекватность компьютерной модели «реальному» образцу вихревого эжектора.

Основные выводы и результаты:

1. Вихревые эжекторы могут эффективно использоваться с малыми капитальными и энергетическими затратами для проведения процесса эжекции газа.

2. Проведен компьютерный анализ с использованием пакета программ БоМШогкз влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции.

3. Разработана методика расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданную величину коэффициента эжекции.

4. Экспериментально подтверждена возможность применения полученных зависимостей для расчета коэффициента эжекции.

5. Определены рациональные соотношения основных конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающие максимально возможную величину коэффициента эжекции.

6. Результаты работы используются в проектах промышленных производств, разрабатываемых ООО «Гипрохим».

*

Тт- м * 1 1

-4—£—

я ? ? Я )

2 2 2 2 2 2 2 2

3 0

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

и - коэффициент эжекции, иатм - коэффициент эжекции при условии атмосферного наружного давления перед патрубками входа эжектируемого потока и выхода смешанного потока, d - внутренний диаметр патрубка входа эжектируемого потока, м, D - внутренний диаметр цилиндрического корпуса аппарата, м, с - ширина поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа, м,/- длина поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа, м, а - ширина поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, м, е -расстояние от нижней кромки тангенциальных патрубков входа рабочего потока до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока, м, FBX - площадь поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа, м , FBC - площадь поперечного сечения патрубка входа эжектируемого потока, м , FBbrx - площадь поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, м , F - площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса аппарата, м , М - число Маха в патрубках входа рабочего потока газа, рвс, рвх -плотность эжектируемого и рабочего потоков газа соответственно, кг/м3, рвоз -плотность воздуха, кг/м3, рВСОТИ - относительная плотность эжектируемого потока, /v, //вх - динамическая вязкость эжектируемого и рабочего потоков газа соответственно, Па-с, Рвс - наружное давление перед патрубком входа эжектируемого потока, Па, Ршм - атмосферное давление, Па, Рвых - наружное давление перед патрубком выхода смешанного потока, Па, Psx - давление газа в патрубках входа рабочего потока, Па, Рвхотн - отношение давления рабочего потока газа к атмосферному давлению, АРВЫХ - создаваемый в аппарате перепад давлений, Па, Рвхлл, Рвхскор, Рвхвх, Рвхвых - величины, характеризующие степень влияния АРвых на Рвх при изменении рвсотн, M, FJF и FmJ(FBX + FBC) соответственно, Па, нвс, ивх, ивых, искор, иппо., - величины, характеризующие степень влияния ДРВЫХ на и при изменении d/D, FJF, FBMX/(FBX + Fm), M и рвсотн соответственно, Мв, Мв - масса вихревого и струйного аппарата соответственно, к, к\, m,j,j\ - коэффициенты пропорциональности, с,, с2, с3 - коэффициенты уравнений регрессии.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи:

1. Лагуткин М.Г., Исаев C.B. Математическое моделирование процесса инжекции газа в вихревом эжекторе // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - М.: «Код-Полиграф», 2011. -№ 8. - с. 3-6.

2. Лагуткин М.Г., Исаев C.B. Компьютерный анализ влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на коэффициент инжекции // Химическое и нефтегазовое машиностроение. -М.: «Код-Полиграф», 2012. -№ 3. - с. 5-9.

Патенты:

3. Пат. 2476731 Российская Федерация, МПК F04F 5/42. Вихревой эжектор / C.B. Исаев, М.Г. Лагуткин, Россия, - №2011146430, заявл. 16.11.2011; опубл. 27.02.2013. Бюл. №6. - 6 с.

Тезисы докладов:

4. Лагуткин М.Г. Исаев C.B. Математическое моделирование процесса инжекции и смешения газов в вихревом эжекторе // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-24: сборник трудов XXIV Международной научной конференции. - Саратов, 2011. - т. 4. - секция 4.-с. 109-110.

5. Лагуткин М.Г., Исаев C.B. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на коэффициент инжекции // Научная конференция студентов и молодых ученых МГУИЭ: тезисы докладов.-М.: МГУИЭ, 2011.-е. 80-81.

6. Лагуткин М.Г., Исаев C.B. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на коэффициент инжекции // Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве: материалы V международной научно-практической конференции. - Протвино, Управление образования и науки, 2011.-е. 318-319.

7. Лагуткин М.Г., Исаев C.B. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на коэффициент инжекции // Актуальные достижения в европейской науке: материалы VII Международной научно-практической конференции. - София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2011. - т. 41. - стр. 53-55.

8. Лагуткин М.Г. Исаев C.B. Расчет параметров работы вихревого эжектора // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25: сборник трудов XXV Международной научной конференции. - Волгоград, Волгоградский государственный технический университет, 2012. - Т. 8. -Секция 12.-е. 29-30.

Подписано в печать 27.04.2013г.

Усл.п.л. - 1.0 Заказ №13835 Тираж: ЮОэкз.

Копицентр «Чертеж.ру» ИНН 7701723201 107023, г.Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)» (Университет машиностроения)

На

.^иравз

нх-рукописи

04201 ?602Н

Исаев Сергей Викторович

ПРОЦЕСС ЭЖЕКЦИИ И СМЕШЕНИЯ ПОТОКОВ ГАЗА В АППАРАТАХ ЦИКЛОННОГО ТИПА

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., проф. Лагуткин М.Г.

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ, КРИТЕРИЕВ, ЕДИНИЦ И

ТЕРМИНОВ......................................................................................4

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................7

Глава 1. АНАЛИЗ ДОСТОИНСТВ И НЕДОСТАТКОВ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ЭЖЕКЦИИ ГАЗА..............12

1.1. Предпосылки создания вихревого эжектора. Вихревая трубка Ранка-Хилша....................................................................................13

1.2. Основы проведения процесса эжекции газа в вихревых эжекторах...............................................................................18

1.3. Основы проведения процесса эжекции газа в струйных аппаратах................................................................................31

1.4. Основные выводы по анализу основ проведения процесса эжекции газа в эжекторах различных конструкций.......................................34

Глава 2. КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ВИХРЕВОГО ЭЖЕКТОРА НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА ЭЖЕКЦИИ..............................................38

2.1. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции при атмосферном наружном давлении.................................................43

2.2. Исследование влияния повышения наружного давления перед патрубком выхода смешанного потока на величину коэффициента эжекции.................................................................................66

2.3. Исследование влияния изменения наружного давления перед патрубком входа эжектируемого потока на величину коэффициента эжекции.................................................................................72

2.4. Расчет гидравлического сопротивления аппарата........................97

Глава 3. РАСЧЕТ ВИХРЕВОГО ЭЖЕКТОРА. СОПОСТАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ ВИХРЕВОГО ЭЖЕКТОРА И СТРУЙНОГО АППАРАТА.............................................................................................................103

3.1. Порядок расчета вихревого эжектора с использованием полученных ранее математических зависимостей.............................................103

3.2. Расчет энергетических затрат, связанных с работой вихревого эжектора и струйного аппарата, при одинаковых условиях проведения процесса эжекции....................................................................108

3.3. Анализ расчетных данных....................................................114

Глава 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА..........................117

4.1. Описание экспериментальной установки.................................117

4.2. Результаты исследования расчетной модели вихревого эжектора, соответствующей опытному образцу вихревого эжектора.......................126

4.3. Сравнение экспериментальных и расчетных данных...................127

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.............................................130

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................131

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................143

Приложение 1. Аэродинамическая картина внутри вихревого

эжектора...............................................................................143

Приложение 2. Алгоритм расчета вихревого эжектора..........................145

Приложение 3. Справка о практической значимости работы................149

Приложение 4. Патент..............................................................150

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, КРИТЕРИЕВ, ЕДИНИЦ И

ТЕРМИНОВ

и - коэффициент эжекции;

О - внутренний диаметр цилиндрического корпуса вихревого эжектора, м; сі - внутренний диаметр патрубка входа эжектируемого потока, м; ^вх - суммарная площадь поперечного сечения патрубков входа рабочего потока, м2;

/V - площадь поперечного сечения патрубка входа эжектируемого потока, м ; ^вых - площадь поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, м ;

т—і 2

г - площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса аппарата, м ; с - ширина поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа, м; /- длина поперечного сечения патрубков входа рабочего потока газа, м; а - ширина поперечного сечения патрубка выхода смешанного потока, м; е - расстояние от нижней кромки тангенциальных патрубков входа рабочего потока до верхней кромки тангенциального патрубка выхода смешанного потока, м;

М - число Маха в патрубках входа рабочего потока газа; Євх - массовый расход рабочего потока газа, кг/с; (7ВС - массовый расход эжектируемого потока газа, кг/с;

о

(2вх - объемный расход рабочего потока газа, м /с;

{2вс_ объемный расход эжектируемого потока газа, м /с;

Твх - температура рабочего потока газа, К;

Гвс - температура эжектируемого потока газа, К;

Рве ~ плотность эжектируемого потока, кг/м ;

рвх - плотность рабочего потока, кг/м ;

Рвсотн - относительная плотность эжектируемого газа;

¿ивс - вязкость эжектируемого потока, кг/м3;

Iивх - вязкость рабочего потока, кг/м3;

совх - скорость газа в патрубке входа рабочего потока, м/с;

шзв - скорость звука в рабочем газе, м/с;

Рвх - давления рабочего (эжектирующего) газа, Па;

Рвых ~ давление на выходе из аппарата, Па;

Рж - давление эжектируемой среды, Па;

Ргим - атмосферное давление, Па;

А^вых_ создаваемый в аппарате перепад давлений, Па;

АРВХ - располагаемый перепад давлений, Па;

7гв - степень повышения давления вакуумируемой среды;

к - степень расширения рабочего газа;

иагм - коэффициент эжекции при условии атмосферного наружного давления перед патрубками входа эжектируемого и выхода смешанного потока; ивс - величина, характеризующая степень влияния ЛРВЫХ на коэффициент эжекции при изменении ¿//£>;

ивх - величина, характеризующая степень влияния ДР„ыХ на коэффициент эжекции при изменении

ивых - величина, характеризующая степень влияния АРВых на коэффициента эжекции при изменении FBЫX/(FBX +

^скор - величина, характеризующая степень влияния ЛРВыХ на коэффициента эжекции при изменении числа Маха в патрубках входа рабочего потока газа; ^скор - величина, характеризующая степень влияния ДРВыХ на коэффициента эжекции при изменении у9ВСОтН;

Рвхвх - величина, характеризующая степень влияния ДРВЫХ на Рвх при изменении Кх/Р, Па;

Рвхск - величина, характеризующая степень влияния АРВыХ на Рвх при изменении числа Маха в патрубках входа рабочего потока, Па;

-Рвхпл - величина, характеризующая степень влияния АРВЫХ на Рвх при изменении

/^ВСОТНЭ Па,

Ръхвых - величина, характеризующая степень влияния АРВЫХ на Рвх при изменении ^вых /(^вх + Рвс), Па;

^вхотн ~ относительная величина давления рабочего потока газа, Па;

7гв - степень повышения давления вакуумируемой среды; к - степень расширения рабочего газа;

Ур1 - выходное сечение рабочего сопла струйного насоса, м2;

о

1)р - удельный объем рабочей среды, м /кг;

с!\ - диаметр выходного сечения рабочего сопла струйного насоса, м; /з - площадь поперечного сечения камеры смешения струйного насоса, м ; й?3 - диаметр поперечного сечения камеры смешения струйного насоса, м; /с 1 - длина свободной струи струйного насоса, м;

й?4 - диаметр свободной струи на расстоянии /с] от выходного сечения сопла струйного насоса, м;

/к - длина цилиндрической камеры смешения струйного насоса, м; /д - длина диффузора струйного насоса, м;

¿4 - диаметр выходного сечения диффузора струйного насоса, м; /с - выходное сечение диффузора струйного насоса, м;

рс - плотность сжатого потока на выходе из диффузора струйного насоса, кг/м3; сос - скорость сжатого потока на выходе из диффузора струйного насоса, м/с; к, к\, - коэффициенты пропорциональности;

Си С2, Сз - коэффициенты уравнений регрессии.

ВВЕДЕНИЕ

В химической, пищевой и других отраслях промышленности при проведении какого-либо технологического процесса существует необходимость смешения двух потоков газа. Такой процесс проводится с целью снижения концентрации одного из потоков путем разбавления его воздухом, либо предварительное смешение двух различных газовых потоков перед подачей их в основной аппарат, например, в химический реактор. Для реализации подобного процесса возможно использование двух подходов: применение смесителей различных конструкций, в камеру которых оба потока подаются с помощью нагнетательного оборудования (насосов), либо использование специальных аппаратов, в которых с помощью насосов нагнетается один из газовых потоков, получивший название рабочего потока, а второй поток подсасывается за счет создания разрежения в аппарате, которое является следствием организации подачи в камеру аппарата рабочего потока газа. Во втором случае, в связи с отсутствием нагнетательного оборудования для подачи одного из потоков газа, значительно снижаются энергетические затраты, а объединение процесса подсоса (эжекции) и смешения газа в одном аппарате позволяет снизить необходимое количество единиц оборудования, а значит и капитальные затраты.

Рабочий поток газа может подаваться в камеру аппарата либо в виде струи, что успешно реализуется в струйных аппаратах, либо в виде вихря -вихревые эжекторы. По принципу работы представленные типы аппаратов схожи, но принципиально отличаются способом подачи рабочего потока газа. Широкий спектр струйных аппаратов позволяет использовать их в различных технологических схемах, а за счет качественного теоретического исследования они получили более широкое распространение по сравнению с вихревыми эжекторами. Для расчета характеристик струйных аппаратов имеется надежная методика расчета, которая позволяет подобрать аппарат при заданных

расходных характеристиках и произвести перерасчет при изменении режима работы аппарата.

Вихревые эжекторы обладают рядом преимуществ перед струйными аппаратами, что неоднократно было доказано исследователями путем сравнения показателей работы вихревых и струйных аппаратов при схожих условиях работы и расходных параметрах.

Исследование вихревых эжекторов проводилось еще с середины прошлого столетия, но в большинстве случаев экспериментальной базы не было достаточно для создания единой методики расчета этих аппаратов. Впервые вихревые эжекторы были использованы в качестве вакуум-насосов для создания разряжения в отсасываемом аппарате, причем получаемое в таком случае остаточное давления в отсасываемом аппарате не могло быть достигнуто с помощью одиночного струйного аппарата. Впоследствии при незначительном изменении конструкции (увеличении диаметра патрубка подсоса газа) вихревые аппараты стали применяться в качестве эжекции и смешения потоков газа.

Расчет вихревого эжектора сводится к определению основных конструктивных параметров при заданных расходных характеристиках либо при известных основных размерах аппарата (например, диаметра корпуса), вычисляется достижимое значение коэффициента эжекции, который представляет собой отношение расходов подсасываемого потока газа к рабочему потоку.

Известные методики расчета базируются на немногочисленных опытных данных, причем в большинстве случаев исследовались аппараты при незначительном изменении конструктивных и режимных параметров, связь которых отображена в виде экспериментальных кривых. Причем не было предложено никаких рекомендаций при переходе на промышленные масштабы использования этих аппаратов. Зачастую исследование вихревого эжектора сводилось только лишь к определению рациональных соотношений

конструктивных элементов, при которых достигается максимальное значение коэффициента эжекции.

Тема диссертационной работы была предложена институтом по проектированию заводов основной химической промышленности ООО «Гипрохим». Вихревые эжекторы планируется использовать в контактном отделении сернокислотных производств. Для определения конструктивных параметров требуется методика расчета вихревого эжектора, с отсутствием которой институт столкнулся на стадии проектирования.

Отсутствие единой надежной методики расчета вихревых эжекторов сдерживает их использование в промышленности и не позволяет конкурировать с хорошо изученными струйными аппаратами. Но явно выявленные достоинства вихревых эжекторов по отношению к струйным аппаратам заставляют исследователей и в наше время вновь и вновь осуществлять попытки изучения работы вихревых эжекторов с целью создания расчетных зависимостей для определения основных характеристик работы аппарата и его конструктивных и режимных параметров.

В настоящее время кроме использования лабораторных стендов с целью практического исследования работы тех или иных аппаратов имеется возможность компьютерного моделирования конструкции аппарата и дальнейшего исследования гидродинамической картины внутри созданной модели. Качественная реализация поставленной задачи может быть осуществима с помощью пакета программ ЗоНс^огкБ, с помощью которого на начальном этапе создается трехмерная модель аппарата, в нашем случае вихревого эжектора, а в дальнейшем с помощью встроенного пакета программ С08М08Р1о^\^огкз исследуется влияние конструктивных и режимных параметров на величину коэффициента эжекции. Такой подход позволяет провести исследование вихревого эжектора в различных его конструктивных исполнениях и на основании многочисленных экспериментальных данных определить связь между основными параметрами аппарата с целью получения математической зависимости для их расчета.

Для доказательства применимости полученных математических зависимостей проводится сравнительный анализ расчетных и опытных данных, последние из которых определяются с помощью лабораторного стенда, представляющего собой модель вихревого эжектора.

На основании выше изложенного в работе были поставлены следующие задачи:

- проанализировать с использованием пакета программ ЗоНс^огкБ влияние конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции;

- разработать методику расчета вихревого эжектора, обеспечивающую заданную величину коэффициента эжекции;

- провести экспериментальное исследование, подтверждающее возможность применения полученных зависимостей для расчета коэффициента эжекции;

- определить рациональные соотношения основных конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающие максимально возможную величину коэффициента эжекции.

Научную новизну представляют:

1. Результаты анализа влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции.

2. Теоретическое обоснование рациональных соотношений основных конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающего максимально возможную величину коэффициента эжекции., защищенных патентом.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана методика расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданную величину коэффициента эжекции.

2. Результаты сопоставительного анализа работы струйного аппарата и вихревого эжектора.

3. Результаты работы используются в проектах промышленных производств, разрабатываемых ООО «Гипрохим». В работе защищаются:

1. Результаты анализа влияния конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора на величину коэффициента эжекции.

2. Рациональные соотношения величин конструктивных элементов вихревого эжектора, обеспечивающего максимально возможную величину коэффициента эжекции, защищенных заявкой на изобретение.

3. Результаты сопоставительного анализа работы струйного аппарата и вихревого эжектора.

4. Методика расчета конструктивных и режимных параметров работы вихревого эжектора, обеспечивающего заданное значение коэффициента эжекции.

Глава 1. АНАЛИЗ ДОСТОИНСТВ И НЕДОСТАТКОВ КОНСТРУКЦИЙ АППАРАТОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ЭЖЕКЦИИ ГАЗА

Эжекция газа представляет собой процесс смешения двух каких-либо сред, в котором одна среда, находясь под давлением, воздействует на другую и, увлекая за собою, выталкивает ее в необходимом направлении [1]. Толкование слова «инжекция» не дано в каком-либо из существующих ныне словарей, лишь только в словаре синонимов (составленном неизвестными энтузиастами по материалам интернета) слово «инжекция» обозначается как «нагнетание, впрыск». Согласно Большой Советской Энциклопедии, эжектор (франц. éjecteur, от éjecter - толкать) - это устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой в процессе смешения сред, а инжектор (франц. injecteur, от лат. Inj icio -вбрасываю) - это струйный насос, предназначенный для сжатия газов и паров, а также нагнетания жидкости в различные аппараты и резервуары. Для проведения процесса эжекции газа используются два принципиально различных типа аппаратов -