Способ работы струйного аппарата и струйный аппарат

 

Использование: в области струйной техники. Сущность: разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, эжектируют пассивную жидкую среду из сформированных в зоне щелевых отверстий зон пониженного давления и воздействуют на пассивную среду сформированными в потоке активной газообразной среды ударными волнами. Струйный аппарат выполнен с расширяющейся по потоку камерой смещения, последняя снабжена дополнительными щелевыми отверстиями для подвода пассивной среды, а ширина щелевых отверстий не более величины радиального смещения относительно друг друга кромок этого отверстия. 2 н.п.ф-лы, 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области струйной техники, преимущественно к струйным аппаратам для смешения разнофазных сред и подачи смеси сред потребителю.

Известен способ работы струйного аппарата, включающий подачу газообразной активной среды в активное сопло, разгон в нем активной среды, эжектирование жидкостной пассивной среды, смешение активной и пассивной сред в камере смешения с подачей из последней смеси сред потребителю (см. например, патент США N 4562966, кл. 239-433, опубл. 1986).

Из этого же патента США известен струйный аппарат, содержащий активное сопло, камеру смешения, размещенную на выходе сопла, и канал подвода жидкой пассивной среды.

Недостатком известного способа работы является низкая эффективность процесса диспергирования жидкой пассивной среды в активной газообразной среде, а недостатком устройства является неравномерность подвода пассивной среды к активной среде, что снижает эффективность использования энергии активной среды и искажает градиент скоростей в поперечном сечении камеры смешения, а следовательно, снижает эффективность диспергирования жидкой среды в потоке активной газообразной среды.

Наиболее близким к изобретению является способ работы струйного аппарата, заключающийся в том, что в активное сопло подают газообразную активную среду, разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, подводят пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере смешения двухфазного потока смеси сред и последнюю подают потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления и пассивную среду подводят в эту зону (см. например, патент США N 3292556, кл. 417-196, опубл. 1966).

В этом же патенте описан наиболее близкий к изобретению струйный аппарат для реализации способа, содержащий сверхзвуковое активное сопло и камеру смешения, размещенную за выходным сечением сопла с образованием между выходным сечением сопла и входным сечением камеры смешения целевого отверстия для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка камеры смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки активного сопла с образованием уступа (см. ранее указанный патент США N 3292556).

Однако в данном способе работы не удается обеспечить качественное диспергирование жидкой фазы, особенно при малой степени расширения активного газа вследствие запирания потока в камере смешения, а в указанном выше струйном аппарате не обеспечивается эффективное выравнивание поля скоростей активной и пассивной сред за счет несоответствия поперечного сечения камеры смешения по ходу потока смеси сред процессу эффективного смешения газообразной активной и жидкой пассивной сред, что не позволяет получить стабильный и достаточно однородный двухфазный поток смеси сред.

Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является интенсификация процесса смешения газообразной и жидкой сред и интенсификация процесса диспергирования жидкой среды в потоке активной газообразной среды.

Указанный технический результат в части способа работы струйного аппарата достигается за счет того, что активную газообразную среду разгоняют в активном сопле до сверхзвуковой скорости, подают пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере смешения двухфазного потока смеси сред, подают смесь сред потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления, пассивную среду подводят в эту зону, в активной среде в зоне ее истечения из активного сопла формируют ударные волны и воздействуют ими на эжектируемую пассивную среду, а на выходе из струйного аппарата при подаче потребителю двухфазного потока в последнем дополнительно формируют ударные волны. Вниз по потоку формируют дополнительные зоны пониженного давления с подводом к ним дополнительной пассивной среды, формируют в двухфазном потоке на участках дополнительных зон пониженного давления ударные волны и воздействуют последними на пассивную среду, эжектируемую в дополнительные зоны пониженного давления.

В части устройства, как объекта изобретения, технический результат достигается тем, что струйный аппарат содержит размещенную за выходным сечением сопла с образованием между выходным сечением сопла и входным сечением камеры смешения щелевого отверстия для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка камеры смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки активного сопла с образованием уступа, камера смешения выполнена расширяющейся по ходу потока смеси сред и снабжена дополнительными щелевыми отверстиями для подвода жидкостной пассивной среды с образованием по ходу потока смеси сред соответственно выходной и входной кромок щелевых отверстий, при этом входная кромка смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки с образованием уступа, а ширина каждого из щелевых отверстий не превышает величины радиального смещения кромок щелевого отверстия относительно друг друга. Аппарат может быть выполнен с углом раскрытия расширяющейся камеры смешения увеличивающимся по ходу потока смеси сред по мере перехода от одного щелевого отверстия для подвода пассивной среды к другому, а камера смешения может быть выполнена составной из отдельных кольцевых элементов с образованием между ними кольцевых щелевых отверстий для подвода пассивной среды, при этом кольцевые элементы установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и относительно активного сопла.

Формирование на участке замкнутых зон пониженного давления в потоке активной среды ударных волн позволяет создать в поперечном сечении всего потока максимальные градиенты скорости и давления, что обеспечивает вторичное дробление жидкой фазы на еще более мелкие капли. Создание замкнутых зон пониженного давления позволяет получить различную степень разряжения в местах подвода жидкой фазы, что обеспечивает не только последовательный распределительный характер подвода пассивной среды в заданных количествах, но и требуемую дисперсность пассивной среды с одновременным увеличением общего коэффициента эжекции и улучшением качества дробления жидкой фазы. Увеличение угла раскрытия камеры смешения вдоль по потоку находится в соответствии с увеличением угла раскрытия факела двухфазной струи по мере ввода в нее жидкой струи, что предотвращает возможность запирания потока в камере смешения.

Формирование ударных волн в потоке при подаче его потребителю повышает степень дробления жидкой фазы и увеличивает однородность двухфазного потока смеси сред.

Существенное влияние на формирование ударных волн оказывает соотношение ширины щелевого отверстия и величины уступа. Выполнение щелевых отверстий шириной не более величины радиального смещения соседних кромок позволяет формировать ударные волны, активно взаимодействующие с пассивной средой в зоне щелевых отверстий в камере смешения.

Установка элементов камеры смешения с возможностью их осевого перемещения позволяет регулировать поперечное сечение щелевых отверстий для подвода пассивной среды, что позволяет обеспечить требуемый режим подвода жидкой среды к потоку активной среды.

Таким образом, проведение сопоставительного анализа известных и описанного технических решений позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям изобретения "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлен схематически продольный разрез струйного аппарата, в котором реализован способ работы струйного аппарата, на фиг. 2 вырыв А по фиг. 1.

Струйный аппарат содержит сверхзвуковое активное сопло 1 и камеру 2 смешения, размещенную за выходным сечением сопла 1 с образованием между выходным сечением сопла 1 и входным сечением камеры 2 смешения щелевого отверстия 3 для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка 4 камеры 2 смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки 5 активного сопла 1 с образованием уступа. Камера 2 смешения выполнена расширяющейся по ходу потока смеси сред и снабжена дополнительными щелевыми отверстиями 6 для подвода жидкостной пассивной среды с образованием по ходу потока смеси сред соответственно выходной и входной кромок 7 и 8 щелевых отверстий 6, при этом входная кромка 8 смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки 7 с образованием уступа. Угол α раскрытия расширяющейся камеры 2 смешения увеличивается по ходу потока смеси сред по мере перехода от одного щелевого отверстия 3, 6 к другому.

Камера 2 смешения выполнена составной из отдельных кольцевых элементов 9 с образованием между ними кольцевых щелевых отверстий 3, 6 для подвода пассивной среды, при этом кольцевые элементы 9 установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и относительно активного сопла 1.

Ширина b щелевых отверстий 3, 6 не должна превышать величины h радиального смещения между соседними кромками соответственно 4-5 и 7-8.

Способ работы струйного аппарата заключается в следующем: подают газообразную активную среду в активное сопло 1, разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, подводят пассивную жидкостную среду в зону выходного участка сопла 1, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере 2 смешения двухфазного потока смеси сред и последнюю подают потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления и пассивную среду подводят в эту зону. В активной среде в зоне ее истечения из активного сопла 1 формируют ударные волны и воздействуют ими на эжектируемую пассивную среду, а на выходе из струйного аппарата при подаче потребителю двухфазного потока в последнем дополнительно формиpуют ударные волны. Вниз по потоку формируют дополнительные зоны пониженного давления с подводом к ним дополнительной пассивной среды, формируют в двухфазном потоке на участке дополнительных зон пониженного давления ударные волны и воздействуют последними на пассивную среду, эжектируемую в дополнительные зоны пониженного давления. Формирование зон пониженного давления на участке размещения щелевых отверстий 3 и 6 позволяет обеспечить равномерное поступление в них жидкой пассивной среды и организовать эффективное воздействие на пассивную среду по всему периметру активной среды в зоне ее истечения. Это позволяет обеспечить смешение активной и пассивной сред, сопровождающееся интенсивным дроблением жидкости натекающим потоком активной среды. Реализация за выходным сечением активного сопла 1 возмущенного сильноградиентного течения в камере смешения 2 с образованием ударных волн обеспечивает направленное интенсивное воздействие активной среды на пассивную среду. В случае необходимости изменить величину коэффициента эжекции струйного аппарата, а следовательно, и изменения величины дисперсности жидкой фазы перемещают взаимно относительно друг друга элементы 9 камеры 2 смешения, чем изменяют ширину щелевого отверстия 3 или 6 или всех щелевых отверстий 3 и 6 вместе.

Описанный способ работы струйного аппарата позволяет подавать двухфазную смесь как с недорасширением, так и с перерасширением и с формированием ударных волн при входе в атмосферу потребителя, что позволяет интенсифицировать дробление жидкой фазы в газовом потоке и повысить однородность распределения жидкой фазы в газовом потоке.

Таким образом, струйный аппарат, в котором реализован описанный выше способ работы, обеспечивает эффективное эжектирование жидкой среды и создание на выходе аппарата однородного по составу мелкодисперсного двухфазного потока смеси сред.

Формула изобретения

1. Способ работы струйного аппарата, заключающийся в том, что подают активную газообразную среду в активное сопло, разгоняют активную среду до сверхзвуковой скорости, подводят пассивную жидкую среду в зону выходного участка сопла, смешивают активную и пассивную среды с эжектированием последней и образованием в камере смешения двухфазного потока смеси сред и последнюю подают потребителю, при этом в зоне истечения активной среды по ее периметру образуют замкнутую зону пониженного давления и пассивную среду подводят в эту зону, отличающийся тем, что в активной среде в зоне ее истечения из активного сопла формируют ударные волны и воздействуют ими на эжектируемую пассивную среду, а на выходе из струйного аппарата при подаче потребителю двухфазного потока в последнем дополнительно формируют ударные волны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вниз по потоку формируют дополнительные зоны пониженного давления с подводом к ним дополнительной пассивной среды, формируют в двухфазном потоке на участке дополнительных зон пониженного давления ударные волны и воздействуют последними на пассивную среду, эжектируемую в дополнительные зоны пониженного давления потоком двухфазной среды.

3. Струйный аппарат, содержащий сверхзвуковое активное сопло и камеру смешения, размещенную за выходным сечением сопла с образованием между выходным сечением сопла и входным сечением камеры смешения щелевого отверстия для подвода жидкостной пассивной среды, при этом входная кромка камеры смешения смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки активного сопла с образованием уступа, отличающийся тем, что камера смешения выполнена расширяющейся по ходу потока сред и снабжена дополнительными щелевыми отверстиями для подвода жидкостной пассивной среды с образованием по ходу потока смеси сред соответственно выходной и входной кромок щелевых отверстий, при этом входная кромка смещена наружу в радиальном направлении относительно выходной кромки с образованием уступа, а ширина каждого из щелевых отверстий не превышает величины радиального смещения кромок щелевого отверстия относительно друг друга.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что угол раскрытия расширяющейся камеры смешения увеличивается по ходу потока смеси сред по мере перехода от одного щелевого отверстия для подвода пассивной среды к другому.

5. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что камера смешения выполнена составной из отдельных кольцевых элементов с образованием между ними кольцевых щелевых отверстий для подвода пассивной среды, при этом кольцевые элементы установлены с возможностью осевого перемещения относительно друг друга и относительно активного сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2