Меры эффективности импульсного эжектора

В качестве меры эффективности работы ИЭ могут рассматриваться следующие величины: коэффициент эжекции n = G₂/G_1, импульс струи на выходе из устройства, энергия потока в выходном сечении. Их отношения к некоторым начальным значениям на входе в эжектор представляют собой коэффициенты, характеризующие работу ИЭ.

Перечисленные величины представляют собой интегралы по времени и по площади соответствующих сечений за один период установившегося периодического режима, отнесенные ко времени цикла.

Оптимизация характеристик ИЭ

Одной из важнейших характеристик эффективности работы эжектора является коэффициент эжекции, который представляет собой отношение расхода пассивного газа к расходу активного газа: n = G₂/G₁. Так как рассматриваемый процесс нестационарный и периодический, то G₁ и G₂ вычисляются за период через поперечные сечения соответствующих каналов и делятся на время цикла. При вычислении G₁ и G₂ учитывается, что через каждое сечение газ может, как втекать в канал, так и вытекать из него.

Остальные интегральные характеристики, перечисленные в § 2, существенно определяются коэффициентом n и растут вместе с ним.

Подчеркнем, что в ИЭ важно выбрать оптимальное значение не отдельного управления, а их сочетания. С этой целью была проведена серия расчетов, где варьировались управляющие параметры в следующих диапазонах:

- давление в активном газе 1.25 ≤ Р ≤ 10;

- температура 1 ≤ Т ≤ 3.5;

- доля времени работы активной струи 0.1 ≤ t ≤ 1;

- частота процесса, характеризуемая числом Струхаля 0.015 ≤ Sh ≤ 1.5.

Варьировались также элементы каналов эжектора.

В основном, приводимые здесь результаты относятся к каналу ИЭ, схематически представленному на рис. 1.

 

Рис. 1. Принципиальная схема эжектора

 

Анализ результатов расчетов показал, что при p > 6 и 0.4 ≤ t ≤ 0.6 происходит запирание канала эжектора, поэтому ниже приводятся результаты для тех управлений, которые не вызывают этого явления. Максимальное значение интегральных характеристик получено при Sh = 0.053, Р = 1.25, Т = 3.5.

Обобщающий результат приведен на рис. 8,9, где даны зависимости интегральных характеристик от параметра t и от коэффициента эжекции n. На рис. 8,9 обозначены через Е₃/Е₁, К₃/К₁, J₃/J₁ соответственно отношения полной энергии, кинетической энергии и импульса, вычисленные на выходе из ЭК к значениям этих величин на выходе из канала активного газа за период.

Установлено, что значение n для стационарного режима такого же эжектора в 14 раз меньше, чем для ИЭ при t = 0.1 (рис.8), а импульс на выходе из ИЭ может быть увеличен в 2-2.5 раза по сравнению со стационарным.

При больших значениях Р (8 ≤ Р ≤ 10) влияние температуры Т на интегральные характеристики несущественно, а оптимальные значения t = 0.8 при Sh = 0.21.

 

Рис. 8. Сравнение результатов расчета коэффициентов эжекции в импульсном процессе при разных частотах с коэффициентом эжекции в стационарном процессе (прямая линия – G2/G1=0.4) при одинаковых P, T и одинаковых формах каналов.

Рис. 9. Распределение интегральных характеристик ИЭ в зависимости от коэффициента эжекции.

Рис. 10.Распределение интегральных характеристик ИЭ в зависимости от доли времени работы активной струи.

Поправить на картинках обозначение импульса – написать J3/J1 вместо Р3/Р1

 

В заключение приведем пример ИЭ с другим способом подачи активной струи – из кольцевого сопла, имеющего в меридиональном сечении форму сужающегося насадка. Такой способ подачи активного газа избавляет конструкцию ИЭ от подвижных элементов, закрывающих и открывающих вход в канал активного газа.

При такой конструкции происходит мощный приток пассивного газа в канал эжектора.

Отметим, что использование ИЭ в нефтегазовой отрасли может дать значительный экономический эффект при правильном выборе управляющих параметров

Методы очистки газовых потоков от посторонних частиц и капель воды. Инерционные газоочистители (ИГ). Назначение ИГ. Постановка задачи о течении в каналах ИГ.

 

Методы очистки газовых потоков от посторонних частиц и капель воды

Для улавливания из газов твёрдых и жидких примесей, в промышленности применяют механический, электрический способы очистки газов.

Механическую очистку газов производят осаждением частиц примесей под действием силы тяжести или центробежной силы, фильтрацией сквозь волокнистые и пористые материалы, промывкой газа водой или др. жидкостью. Наиболее простым, но малоэффективным и редко применяемым является способ осаждения крупной пыли под действием силы тяжести в т. н. пылевых камерах. Инерционный способ осаждения частиц пыли (или капель жидкости) основан на изменении направления движения газа со взвешенными в нём частицами. Т. к. плотность частиц примерно в 1—3 тыс. раз больше плотности газа, они, продолжая двигаться по инерции в прежнем направлении, отделяются от газа

 

Инерционные газоочистители (ИГ). Назначение ИГ

Инерционными уловителями пыли служат т. н. пылевые мешки, жалюзийные решётки, зигзагообразные отделители, каналы сложной формы и т.п. В некоторых аппаратах используется и сила удара частиц. Для очистки газов широко применяют Циклоны, в которых отделение от газа твёрдых и жидких частиц происходит под действием центробежной силы (при вращении газового потока). Т. к. центробежная сила во много раз превосходит силу тяжести, в циклонах осаждается и сравнительно мелкая пыль, с размером частиц примерно 10—20 мкм и до ≈80 мкм

 

Постановка задачи о течении в каналах ИГ

При изучении газодинамического течения в канале будем пользоваться предположением о том, что объемная концентрация посторонних частиц в потоке мала (), в связи с чем газодинамическое течение будем рассматривать независимо от движения частиц, считая их влияние на поток пренебрежимо малым.

Будем считать газ невязким, нетеплопроводным, движение установившимся плоским или осесимметричным.

Течение газа в каналах и примыкающих к ним устройствах стремятся сделать такими, чтобы энергетические потери потока были минимальны. Стенки таких каналов делают гладкими, стремясь избежать резких изменений площади поперечного сечения канала, чтобы не вызвать отрыва потока от стенки. Поэтому вязкие эффекты в каналах такого рода проявляются в основном вблизи стенок и могут быть учтены отдельно с использованием теории пограничного слоя. В основной массе газа вязкие эффекты можно не учитывать, т.е. считать газ идеальным.

При моделировании движения частиц записываются уравнения движения центра масс отдельной частицы с учетом воздействий различных сил: аэродинамического сопротивления, силы веса, архимедовой силы и т.д. Взаимодействием между частицами пренебрегается. Дисперсный состав частиц может быть любым. Рассматриваются частицы с линейным размером d от 2 до 1000 мкм.

Диапазон изменения размеров может лимитироваться только временем счета каждой отдельной задачи. Модель учитывает взаимодействие частиц со стенками канала. Рассматриваются различные законы рикошета.