Струминні апарати, в яких повністю змінюється агрегатний стан одного із взаємодіючих потоків, можна поділити на два типи. До першого типу відносяться апарати, в яких робочим середовищем є пара, а інжектованим – рідина (парорідинні інжектори). До другого типу відносяться апарати, в яких робочим середовищем є рідина, а інжектованим – пара (струминні підігрівачі).

Вказана класифікація струминних апаратів приведена в таблиці 5.1. В назві апарату спочатку, як правило, вказується вид робочого середовища (газ, пара, вода). В цих назвах врахована встановлена термінологія.

Кожен із вказаних типів струминних апаратів має свої характерні особливості, які повинні враховуватись при його розрахунку.

Таблиця 5.1. Класифікація струминних апаратів.

Група | Стан взаємодіючих середовищ | Властивості взаємодіючих середовищ | Ступінь стисливості, що створюється апаратом | Апарати

рівнофазні | Агрегатний стан робочого та інжектованого середовищ однаковий | Пружині середовища | 1,2-2,5

2,5

1,2 | Газо(паро)струминні компресори

Газо(паро)струминні ежектори

Газо(паро)струминні інжектори

Непружні середовища | Будь-яка | Струминні насоси

Різно фазні | Агрегатний стан робочого та інжектованого середовищ різний | Робоча-пружне, інжектоване-непружне | Будь-яка | Струминні апарати для пневмотранспорту

Робоча-непружне, інжектоване-пружне | Будь-яка | Водоповітряні ежектори

Робоча та інжектована-непружне | Будь-яка | Струминні апарати для гідротранспорту

Змінної фазності | Агрегатний стан одного з середовищ змінюється | Робоча-пружне, інжектоване-непружне | Будь-яка | Пароводяні інжектори

Робоча-непружне, інжектоване-пружне | Будь-яка | Пароводяні змішуючі підігрівачі

При розрахунку струминних апаратів широко використовуються газодинамічні функції.

Розглянемо вивід основних газодинамічних функцій.

При перетворенні внутрішньої енергії газового потоку в кінетичну енергію, зв’язок між зміною температури потоку та швидкістю визначається формулою:

2а /2 = Cp(To - T), (5.5)

де а - ізоентропна швидкість потоку, м/с, Ср – питома ізобарна теплоємність, Дж/(кг.К); То – температура гальмування потоку, К; Т – температура потоку при швидкості , К.

Газова стала потоку R=cp-cv, Дж/(кг.К).Питома ізохорна теплоємність cv = cp/k, де k – показник адіабати.

Тому

Ср = k . R/(k-1), (5.6)

З сумісного розв’язку рівнянь (5.5) і (5.6) маємо

, (5.7)

Швидкість звуку в газі

, (5.8)

Критичною швидкістю потоку називається швидкість потоку, що рівна місцевій швидкості звуку.

З умови а = wa шляхом сумісного розв’язку рівнянь (5.7) і (5.8) виводиться формула для розрахунку температури потоку при його критичній швидкості:

, (5.9)

Прийнявши в рівнянні (5.7) Т = Т*, отримаємо вираз для розрахунку критичної швидкості потоку а*, м/с:

, (5.10)

де ро, vo, po – параметри гальмування потоку: тиску (Па), питомий об’єм (м3/м) та густина (кг/м3).

Газодинамічні функції зв’язують термодинамічні параметри потоку (температуру, тиск, густину та ін.) з його приведеною швидкістю, тобто відношенням швидкості потоку при його ізоентропній (адіабатній) течії до критичної швидкості:

, (5.11)

З сумісного розв’язку рівнянь (5.10) і (5.11) визначаємо

, (5.12)

Таблиця 5.2. Показники адіабати та газові сталі ряда робочих тіл

Робоче тіло | Хімічна формула | Молекулярна маса М | k = cp/cv | Газова стала R

Дж/(кг.К) | Ккал/(кг.К)

Азот | N2 | 28 | 1.40 | 297 | 0.071

Аргон | Ar | 39.9 | 1.68 | 208 | 0.050

Водень | H2 | 2 | 1.41 | 4121 | 0.985

Повітря – | 29 | 1.40 | 287 | 0.0685

Водяна пара | H2O | 18 | 1.30 | 463 | 0.110

Гелій | He | 4 | 1.66 | 2078 | 0.496

Двооксид вуглецю | CO2 | 44 | 1.30 | 189 | 0.0448

Кисень | O2 | 32 | 1.40 | 259.7 | 0.062

Криптон | Kr | 83,8 | 1,67 | 100,3 | 0,024

Ксенон | Xe | 131,3 | 1,70 | 63,8 | 0,015

Метан | CH4 | 16 | 1,31 | 522,9 | 0,125

Неон | Ne | 20,2 | 1,68 | 411,4 | 0,098

Оксид вуглецю | CO | 28 | – | 296 | 0,071

Світильний газ– | 11,5 | – | 720 | 0,172

В таблиці 5.2 приведені значення показника адіабати і газової сталої ряду газів та парів, що використовуються у промисловості.

Як видно з рівняння (5.12) ізоентропна швидкість може змінюватися від при Т=То, тобто при wa=0, до при Т=0, тобто при перетворенні потоку в абсолютний вакуум.

Для двозатомних газів ; для перегрітої водяної пари

Найбільш часто використовуються слідуючі газодинамічні функції:

функція - відносна температура, тобто відношення абсолютної температури Т газу, що рухається ізоентропно у даному січенні, до абсолютної температури гальмування То.

З рівняння (5.12) випливає

, (5.13)

Значення функції при характерних значеннях : при ; при , при . На рис*** показана залежність при трьох значеннях показника адіабати k=1,13; 1,30; 1,40;

функція П – відносний тиск, тобто відношення тиску р газу, що ізоентропно рухається у даному січенні, до тиску гальмування ро.

На основі рівняння Клайперона-Мендєлєєва для ідеального газу

Р/с = RT; ро/о =RTo

де– о і питома густина потоку у гальмівному стані та при температурі Т, кг/м3

з цих рівнянь випливає

, (5.14)

за рівнянням Пуассона

,

або (5.15)

.

Рис. 5.1 Газодинамічні функції

Зі спільного рішення (5.14) і (5.15) випливає

,або

, (5.16)

Значення відносного тиску П при характерних значеннях при

при ; при П = 0

На рис. 5.1 показана залежність П = f(A), для значень показника адіабати k=1,13; 1,30; 1,40;

функція - відносна густина, тобто відношення густини потоку,що рухається ізоентропно, у даному січенні до його густини в загальмованому стані.

З рівняння (1.15) випливає

, (5.17)

Відносна густина при характерних значеннях при

; при при

Залежність показана