У рівнянні (5.24а) питома ексергія потоку виражена через питому ентропію, тобто через параметр, що безпосередньо не заміриться для зручності аналізу питому ексергію потоку можна виразити через параметри (Р,Т) замірені безпосередньо технічними приладами.

У (5.24б) питома ексергія потоку речовини представлена як сума двох доданків:

с=еr+ep (5.33)

де еr – термічна складова питомої ексергії, кДж/кг;

ср – механічна складова питомої ексергії, кДж/кг.

Термічна складова питомої ексергії визначається за формулою

, (5.34)

Де Ср – питома теплоємність, кДж/(кг.К); Тос, То – температура гальмування потоку і температура навколишнього середовища.

Як видно з (5.34),термічна складова питомої ексергії залежить тільки від температури гальмування То, оскільки Ср і Тос – величини постійні.

Механічна складова питомої ексергії потоку

, (5.35)

де R – газова постійна, кДж/(кг.К); рос, ро – тиск гальмування потоку і тиск навколишнього середовища, Па.

При однаковій питомій теплоємності й однаковій температурі гальмування робочого та інжектованого потоків

Тр=Тн=Тс

У цих умовах відповідно до (5.34) повинні бути також рівні термічні складові питомих ексергій робочого, інжектованого і стиснутого потоків, тобто

етр=етн=етс

Тому при однакових теплоємностях і однакових температурах робочого і інжектованого потоків у процесі перетворення енергії в струминному апараті може тільки використовуватися механічна складова ексергії і, отже, усі втрати повинні компенсуватися тільки за рахунок диссипації механічної складовий ексергії.

Баланс механічної складовий ексергії в струминному апараті на одиницю масової витрати робочого потоку може бути записаний так:

де Rp, Rн, Rc – газові постійні робочого, інжектованого і стиснутого потоків, рp, рн, рc – тиск гальмування робочого, інжектованого і стиснутого потоків, D – витрата (диссипація) ексергії. При ідеальному перетворенні енергії D=0. У цьому випадку при Rp= Rн= Rc рівняння (5.35) приймає наступний вид:

,

або

, (5.36)

Звідси випливає, що досяжний тиск стиску в ідеальному процесі перетворення енергії

, (5.37)

Наприклад, при рр=1 МПа, Рн=0,1 МПа і u=1,5 досяжний тиск стиску при ідеальному процесі перетворення енергії

На основі (5.37) виходить також формула для визначення досяжного коефіцієнта інжекції при ідеальному процесі перетворення енергії

, (5.38)

Значення рс і u обумовлені по (5.37) і (5.38), відносяться до умов, коли ексергетичний ККД процесу перетворення енергії зекс=1

У струминних апаратах, навіть ідеалізованих, тобто без втрат тертя, зекс<1 оскільки основною особливістю струминних апаратів є вирівнювання швидкостей потоків, що змішуються, а цей процес приводить до втрати на удар, тобто до втрати (диссипації) частини працездатної енергії потоків.

Для простоти розглянемо, чому дорівнює ця втрата при ізобарному процесі, коли тиск по довжині камери змішування залишається постійним і відбувається тільки вирівнювання профілю швидкостей змішаного потоку. У дійсності в камері змішування відбувається більш складний процес, що супроводжується зміною тиску у процесі вирівнювання профілю швидкостей.

При ізобарному процесі кількість руху суміші на виході з камери змішування дорівнює сумі кількотей руху, що надходять укамеру змішевання потоків:

(Gp+GH)щ3=Gpщ3+GHщ3 , (5.39)

де Gp і Gн – витрати робочого і інжектованого потоків, кг/с;

щp2, щн2, щ3 – швидкості робочого і інжектованого потоків на виході в камеру змішування і змішаного потоку на виході з камери змішування, м/с.

Звідси

, (5.40)

Кінетична енергія робочого і інжектованого потоків на вході в камеру змішування

, (5.41)

Кінетична енергія змішаного потоку на виході з камери змішування

, (5.42)

Втрата на удар при змішуванні

, (5,42)

Частка підведеної кінетичної енергії, що втрачає на удар, тобто відносна втрата на удар.

, (5.44)

де u=сн/ср – коефіцієнт інжекції апарата. Коефіцієнт корисної дії процесу змішування

, (5.45)

Коефіцієнт корисної дії процесу змішування може одночасно розглядатися як ККД ідеалізованого струминного апарата, тобто апарата, у якому відсутні втрати роботоздатності (ексергії) на тертя в робочому соплі, камері змішування і дифузорі, єдиною втратою є втрата на удар.

Рис. 5.3 Залежність дЕ,зпс=f(щн2/щр2,u)

Як видно, втрата на удар залежить у першу чергу від відношення швидкостей інжектованого і робочого потоків на вході в камеру змішування щн2/щp2. Чим це відношення ближче до одиниці, тим менша втрата на удар. При щн2/щp2; при щн2/щp2=0 втрата на удар досягає максимального значення дЕvакс=u/(1+u) Відносна втрата на удар залежить також від коефіцієнта інжекції u, зростаючи при збільшенні u. На рис. 5.3 показана залежність дЕ,зпс=f(щн2/щр2,u) Як видно з рис. 5.3, втрата на удар особливо значна при wн2/wp20,3.

Збільшення вхідної швидкості інжектованого потоку знижує втрату на удар. Однак при цьому затрачається додаткова робота на тертя на вхідній ділянці камери змішування й у дифузорі, тому що підвищення wн2 приводить до зниження тиску в камері змішування. Оптимальне співвідношення швидкостей щн2/щp2 повинно відповідати мінімальним сумарним необоротним втратам у апараті або, що те ж, максимальному ККД струминного апарата в цілому.

5.3 Особливості розрахунку струминних

апаратів для пневмотранспорту.

До цієї групи відносяться струминні апарати, у яких робоче середовище використовується пружне середовище – газ, а інжектовим середовищем є непружне середовище – сипуче тверде чи тіло рідина. Такі апарати застосовуються для пневмотранспорту, перекачування води з рузервуарів і колодязів і інших цілей.

На мал. 5.4 показана принципова схема струминного апарата для пневмотранспорту. У приймальну камеру 2 апарати через воронку надходить сипучий матеріал. Струмінь повітря, що виходить з великою швидкістю з робочого сопла 1, захоплює за собою сипучий матеріал і передає йому частину своєї кінетичної енергії. Суміш повітря і сипучого матеріалу надходить в камеру змішування 3, де відбувається вирівнювання нуля швидкостей потоку, що рухається, і часткове підвищення тиску. Потім ця суміш надходить у дифузор 4, де відбувається подальше підвищення тиску потоку, що рухається.

З дифузора потік під деяким надлишковим тиском надходить в трубопровід для подальшого транспорту.

Рис. 5.4