Предельные (кавитационные) режимы струйных насосов
Если статическое давление на каком-либо участке проточной части СН снижается до давления насыщенных паров текущей жидкости, то в ней возникает парообразование (холодное кипение). Образовавшаяся паро-жидкостная смесь при последующем перемещении попадает в область повышенного давления, где происходит быстрая конденсация паров. Жидкость мгновенно заполняет остающиеся полости, вызывая гидравлические удары. Это явление называют кавитацией, а режим работы СН — кавитационным. Возникновение такого режима наиболее вероятно на участках с наиболее высокой температурой и наиболее низким статическим давление. Такими участками в СН являются выходной участок рабочего сопла и входной участок камеры смешения. Для первого из них характерно струйное истечение высоконапорной вскипающей жидкости, для второго — струйное кавитационное течение инжектируемой или смешанной жидкости.
Кавитация в СН сопровождается режимами так называемого предельного расхода среды, характерными тем, что снижение давления за участком кавитации не сопровождается увеличением расхода; при этом внешние возмущения после участка кавитации не передаются через этот участок. Это обстоятельство свидетельствует о том, что скорость среды на участках кавитации равна местной скорости звука.
Кавитационная эрозия проточной части СА рассмотрена в [16].
Кавитационные струйные течения — одно из перспективных направлений ускорения химических реакций, смешения жидкости с жидкостями и газами, получения эмульсий, диспергирования и испарения жидкостей, интенсификации массообменных процессов [32]. Например, в случае использования СН в качестве диспергатора [17] для получения водотопливной эмульсии (ВТЭ) или при подготовке к сжиганию загрязненных вод отмечается благотворное влияние кавитации на качество смешения и качество ВТЭ.
Кавитационный режим сопла. Подобный режим в СН с сужающимся соплом имеет место при истечении однородной «недогретой» или насыщенной рабочей среды с высокой температурой. Задача по определению предельного расхода среды в этом случае является одной из ключевых с точки зрения анализа аварийных ситуаций на атомных электростанциях, в аппаратах химической технологии, нефтепроводах и других установках современной техники [15, 33].
Кавитационный режим сопла реализуется также в случае выполнения сопла в виде трубы Вентури и рассмотрен в [32], где предлагается физико-математическая модель кавитации и процесса эжекции.
Кавитационный режим камеры смешения.Минимальное давление инжектируемого или смешанного потока имеет место во входном сечении 2–2 цилиндрической камеры смешения (см. рис. 4.3, б). Это минимальное давление р2 = рн – Δрк, где Dрк — падение давления на входном участке камеры смешения, определяемое по (6.3). При давлении р2, равном давлению насыщенного пара смешанного потока рнп, проходящего через камеру смешения, в насосе возникает кавитационный режим. Давление рнп зависит от температуры смешиваемых потоков tp и tн и коэффициента инжекции u. При одинаковых теплоемкостях взаимодействующих сред (ср = сн = сс) температура смешанного потока
. (6.18)
Принимая р2 = рнп, из (6.3) нетрудно получить зависимость для расчета кавитационного коэффициента инжекции uк в виде
. (6.19)
Как видно из (6.19), uк растет с увеличением и рн, а также при снижении рнп и Dрр.
При заданных температурах рабочего и инжектируемого потоков и одинаковых теплоемкостях взаимодействующих сред каждой температуре смешанного потока tc согласно (6.18) соответствует коэффициент инжекции .
Кавитация в насосе наступает при u ³ uк. Если tp = tн = tc, давление насыщенного пара рнп = f(tc) — величина постоянная.
Пример 6.2. Основной геометрический параметр струйного насоса . Параметры рабочей воды: рр 1100 кПа; tр 150 °C; uр = 0,0011 м3/кг, ; рнп 476,2 кПа. Параметры инжектируемой воды: рн = 500 кПа; tн = 130 °C; uн 0,00107 м3/кг. Проверить возможность возникновения кавитационного режима и построить характеристику Dрс = f (u) (пример заимствован из [14]).
С целью проверки возможности возникновения кавитационного режима на входном участке камеры смешения зададимся рядом значений коэффициента инжекции u. Для каждого из них по (6.18) найдем среднюю температуру смешанного потока tc и соответствующее ей давление насыщенного пара рнп. Далее по найденным рнп и заданным рр, рн и найдем по формуле (6.19) кавитационные коэффициенты uк. Кавитационный режим на входном участке камеры смешения возникает при u = uк.
Результаты расчета приведены в таблице и представлены графически на рис. 6.6.
u | tc | pн, кПа | uк |
150,0 | 476,2 | 1,023 | |
0,5 | 143,3 | 396,7 | 2,152 |
1,0 | 140,0 | 361,1 | 2,505 |
2,0 | 136,7 | 328,2 | 2,758 |
3,0 | 135,0 | 312,7 | 2,925 |
4,0 | 134,0 | 303,7 | 2,998 |
Рис. 6.6.К расчету кавитационного режима камеры смешения:
а) определение кавитационного коэффициента инжекции u, uк = f (tc);
б) характеристика струйного насоса
Как видно из графика (рис 6.6, а), кавитационный режим во входном сечении камеры смешения возникает при tc = 135,1 °С, когда u = uк = 2,917. Характеристика СН (рис. 6.6, б) построена по (6.1). При u = 2,917 в насосе возникает кавитационный режим. Снижение создаваемого перепада давлений Dрс не приводит к увеличению коэффициента инжекции.
Дата добавления: 2016-01-20; просмотров: 1470;