Струйные аппараты
Покупка
Тематика:
Гидротехника
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 576
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7038-4666-7
Артикул: 672808.02.99
Доступ онлайн
2 900 ₽
В корзину
Изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований двухфазных струйных аппаратов и газовых эжекторов с звуковыми и сверхзвуковыми соплами. Предложена общая теория, опирающаяся на термодинамику необратимых процессов и объясняющая с единых позиций протекающие в них процессы. Рассмотрены физические особенности течения как двухфазных, так и газовых сред в проточной части аппарата. Сформулирована аксиома о стремлении к совершенству процессов в природе, определяющая с позиции термодинамики необратимых процессов реализацию одного из нескольких возможных режимов работы как в однофазных газовых, так и двухфазных струйных аппаратах. Приведены методики расчета двухфазных струйных аппаратов эжекторного и инжекторного типов и газовых эжекторов с цилиндрическими и коническими камерами смешения. Показаны перспективы использования этих аппаратов в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности, в энергетике, космической и глубоководной технике.
Для научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями, проектированием и эксплуатацией струйных аппаратов. Может быть полезна аспирантам и студентам технических университетов и вузов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 13.04.03: Энергетическое машиностроение
- 15.04.01: Машиностроение
- 15.04.03: Прикладная механика
- 16.04.01: Техническая физика
- 16.04.02: Высокотехнологические плазменные и энергетические установки
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
К 150-ле тию На уч но-учеб но го ком плек са «Энер го ма ши нос тро е ние» Тех ни чес кая фи зи ка и энер го ма ши нос тро е ние
Ре дак ци он ный со вет А.А. Александров (пред се да тель), д-р техн. наук А.А. Жер дев (зам. пред се да те ля), д-р техн. наук В.Л. Бон да рен ко, д-р техн. наук А.Ю. Ва рак син, д-р физ.-мат. наук, член-кор рес пон дент РАН К.Е. Де ми хов, д-р техн. наук Ю.Г. Дра гу нов, д-р техн. наук, член-кор рес пон дент РАН В.И. Кры лов, канд. техн. наук М.К. Ма рах та нов, д-р техн. наук В.А. Мар ков, д-р техн. наук С.Е. Семёнов, канд. техн. наук В.И. Хве сюк, д-р техн. наук Д.А. Ягод ни ков, д-р техн. наук
В.Г. Цегельский Струйные аппараты
УДК 621.527.4/.5 ББК 31.363 Ц45 Ц45 Öå ãå ëüñêèé, Â. Ã. Струй ные ап па ра ты / В. Г. Це ге льский. – Мос ква : Изда - тельство МГТУ им. Н.Э. Ба у ма на, 2017. – 573, [3] с. : ил. ISBN 978–5–7038–4666–7 Изло же ны ре зуль та ты те о ре ти чес ких и экс пе ри мен таль ных ис сле до ва - ний двух фаз ных струй ных ап па ра тов и га зо вых эжек то ров с зву ко вы ми и сверх зву ко вы ми со пла ми. Пред ло же на об щая те о рия, опи ра ю ща я ся на тер - мо ди на ми ку не об ра ти мых про цес сов и об ъ яс ня ю щая с еди ных по зи ций про те ка ю щие в них про цес сы. Рас смот ре ны фи зи чес кие осо бен нос ти те че - ния как двух фаз ных, так и га зо вых сред в про точ ной час ти ап па ра та. Сфор - му ли ро ва на ак си о ма о стрем ле нии к со вер ше нству про цес сов в при ро де, опре де ля ю щая с по зи ции тер мо ди на ми ки не об ра ти мых про цес сов ре а ли за - цию од но го из не скольких воз мож ных ре жи мов ра бо ты как в од но фаз ных га зо вых, так и двух фаз ных струй ных ап па ра тах. При ве де ны ме то ди ки рас - че та двух фаз ных струй ных ап па ра тов эжек тор но го и ин жек тор но го ти пов и га зо вых эжек то ров с ци лин дри чес ки ми и ко ни чес ки ми ка ме ра ми сме ше - ния. По ка за ны перспективы ис поль зо ва ния этих аппаратов в нефт е га зо до - бы ва ю щей, нефтеперерабатывающей и нефт е хи ми чес кой от рас лях про - мыш лен нос ти, в энергетике, космической и глу бо ко вод ной технике. Для научных работников и ин же не ров, за ни ма ю щих ся ис сле до ва - ниями, про ек ти ро ва ни ем и экс плу а та ци ей струй ных ап па ра тов. Может быть полезна аспирантам и студентам тех ни чес ких уни вер си те тов и вузов. УДК 621.527.4/.5 ББК 31.363 ISBN 978–5–7038–4666–7 Ó Це ге льский В. Г., 2017
ПРЕДИСЛОВИЕ Пер вая кни га автора, вы шед шая в 2003 г. с на зва ни ем «Двух - фаз ные струй ные ап па ра ты», была до пол нена зна чи тель ной час тью, по свя щен ной од но фаз ным струй ным ап па ра там, а имен но га зо вым эжек то рам, в свя зи с чем из ме ни лось на зва ние кни ги. Те о рия и рас чет как од но фаз ных, так и двух фаз ных струй ных ап па ра тов раз лич ных ти пов в кни ге из ла га ют ся с еди ной ме то ди чес - кой по зи ции и под креп ля ют ся пред став лен ны ми мно го чис лен ны ми экс пе ри мен та ми. На осно ва нии экс пе ри мен таль ных и те о ре ти чес - ких ис сле до ва ний этих ап па ра тов уста нов ле но мно го об ра зие ре жи - мов их работы и определены условия, при которых реализуется каждый из режимов. Пер вая часть мо ног ра фии по свя ще на двух фаз ным струй ным ап па ра там. В нее вош ли не зна чи тель но до ра бо тан ные гла вы пер вой кни ги ав то ра. При ве ден ное ниже пред ис ло вие к пер вой кни ге от но - сит ся к этой час ти монографии. Во вто рой час ти мо ног ра фии пред став ле ны экс пе ри мен таль - но-те о ре ти чес кие ис сле до ва ния га зо вых эжек то ров с ци лин дри чес - кой и ко ни чес кой ка ме ра ми сме ше ния. Пред ло же на ме то ди ка рас че - та зву ко вых и сверх зву ко вых га зо вых эжек то ров, учи ты вающая все воз мож ные ре жи мы их ра бо ты. Сфор му ли ро ва на ак си о ма о стрем - ле нии к со вер ше нству про цес сов в при ро де, не про ти во ре ча щая те о - ре ме При го жи на и об ъ яс ня ю щая с по зи ции тер мо ди на ми ки не об ра - ти мых про цес сов воз мож ность ре а ли за ции в га зо вых эжек то рах с ко ни чес кой ка ме рой сме ше ния при од ном и том же ко эф фи ци ен те эжек ции двух кри ти чес ких ре жи мов ра бо ты, от ли ча ю щих ся как струк ту рой те че ния по то ков в проточной части, так и эф фек тив нос - тью эжектора при работе на этих режимах. По ка за но удов лет во ри - тель ное со гла со ва ние ре зуль та тов расчета с пред став лен ным экс пе - ри мен том. На ря ду с ав то ром в экс пе ри мен таль ных ис сле до ва ни ях га зо - вых эжек то ров учас тво ва ли М.В. Акимов, Т.Д. Са фар га ли ев, В.Н. Астафьев. Огром ная бла го дар ность им за ока зан ную по мощь, а так же ООО «Тех но ва ку ум», ко то рое на про тя же нии мно гих лет фи - нан си ро ва ло ис сле до ва ния струй ных ап па ра тов в МГТУ им. Н.Э. Ба у ма на и опла ти ло из да ние этой кни ги. Вы ра жаю так же бла го дар ность А.Е. Кры лов ско му, Н.В. Чер но вой, Н.А. Це ге льской за по мощь при офор мле нии ру ко пи си к пе ча ти. Мос ква, 2017 Док тор тех ни чес ких наук В.Г. Цегельский
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОЙ КНИГЕ Двухфазными струйными аппаратами (СА) называются устройства, в проточной части которых происходит смешение струй, находящихся в разных фазовых состояниях, с образованием смеси, полное давление которой превышает полное давление одной или обеих смешиваю щихся фаз. В первом случае двухфазный СА назы вают эжектором, а во втором – инжектором. В инжекторе про - ис ходит про цесс преобразования тепловой энергии парового потока в энергию дав ления смеси (термокомпрессия). Двухфазные СА на - шли широкое применение во многих областях народного хозяйства: в тепловой и атомной энергетике, нефтехимии, при нефтегазодо - быче и нефтепереработке, в космической и глубоководной технике и т.д. Широкое использование двухфазных СА в про мышленности объясняется, главным образом, простотой их конструк ции, отсутст - вием подвижных металлических элементов, высокой надежностью и повышен ным ресурсом работы, малыми габаритами и массой, легкостью обслуживания, а также экономичностью приме нения по сравнению с некоторыми агрегатами, способными заменить эти аппа раты в ряде установок. Книга написана на основе многочисленных эксперименталь - ных и теоретических исследований, проведенных под руководством и при непосредственном участии автора, который на протяжении многих лет разрабатывал и внедрял в промышленность двухфазные СА. В монографии автор предлагает читателю познакомиться с разра ботанной им теорией двухфазных СА и ее приме нением к различным типам этих аппаратов. Теория базируется на трех ос - новных уравнениях сохранения, записанных в интегральном виде для турбулентного ква зистационарного течения смеси с неравно - мерным распределением па раметров по сечению канала, и на тер - модинамике необратимых процесов. Дифференциальный аппарат используется при расчете тепло- и массообменных процессов меж - ду смешивающимися струями. Разработанная на базе теоретичес - ких зависимостей методика расчета двухфазного СА позволяет учи - тывать влияние на его характеристики формы и размеров камеры смешения (КС), формы жидкост ного сопла, предыстории жидкост - ного потока, термодинами ческих па раметров и физических свойств рабочих компонентов на вхо де в аппа рат, паросодержание газового компонента и ряд других факто ров. Она объясняет многообразие режимов работы двухфазных СА и определяет условия, при кото -
рых эти режимы реали зуются, позволяет рассчитывать аппараты, работающие в режимах эжектора и инжектора. Результаты экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях двухфазных СА в широком диапазоне изменения их геометрических и режимных параметров, теплофи - зических и термодинамических свойств смеши вающихся струй под - тверждают применимость предложенной в книге мето дики расчета. В качестве жидкого компонента СА в экспериментах использовали воду, дизельную фракцию, вакуумный газойль, нефть, газовый кон - денсат, водный раст вор моно этаноламина, кремнийорганическую жидкость и др. Проведен ные исследования распада жидкой струи, истека ющей в ограниченный стен ками спутный поток газа, показа - ли, что при определенных параметрах газового потока начинается интенсивный распад струи, приво дящий к интенсификации тепло- и массооб менных процессов между смешивающимися потоками. К сожалению, из-за ограниченного объема кни ги в ней представлены только наиболее общие и интересные с точки зрения автора экс - периментальные резуль таты. Полученный экспериментальный и теоретический материал поз волил автору совместно с сотрудниками МГТУ им. Н.Э. Баумана и ООО «Техновакуум» разработать вакуумные гидро циркуляцион - ные агрега ты для создания разрежения в ректификационных ко - лоннах нефте перерабатывающих и нефтехимических про из водств, струй но-ком прес сор ные установки для утилизации фа кель ных га - зов нефтепере рабатывающих заводов и нефтегазоконденсат ных мес то рож де ний, а так же струй но-аб сор бци он ные уста нов ки ре ку пе - ра ции па ров нефти; ис поль зо вать двухфазные СА в качестве экс - гаус терных систем высотных стендов; показать перспективность приме нения этих аппаратов в тепловых энергосиловых установках для освоения гидрокосмоса и в других областях. Использованию двух фазных СА в некоторых областях техники посвящена целая глава монографии.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ a – скорость звука; температуропроводность aК – критическая ско рость a а К А К П . . , – кри ти чес кая ско рость ак тив но го и пас сив но го газов a a Ж Т , – молекулярная и турбулентная температуропроводность жидкости aС – параметр a a a a Z W M , , , r – коэффициенты в формуле распределения удельного по - то ка жидкости в распыленной струе В – коэффициент В G G ПЛ ПЛ СТ = – интегральный параметр коагуляции ВV – коэффициент изменения осевой скорости Вd – коэффициент среднего диаметра отраженных от стенки капель С – степень конденсации; коэффициент СЖ – удельная теплоемкость жидкости СР – удельная теплоемкость при постоянном давлении СV – удельная теплоемкость при постоянном объеме d – диаметр d 0 – диаметр выходного сечения сопла жидкости; диаметр струи E – энергия; мощ ность; от но ше ние по лных давлений erf ( ) U – функция ошибок F – пло щадь; сила FКР – пло щадь кри ти чес ко го сечения сопла fА – ко эф фи ци ент рас ши ре ния сверхзвукового со пла fC – коэффициент сжатия струи fГЖ – коэффициент трения на границе раздела двух фаз G – массовый расход g – ускорение свободного падения; удельный поток жидкости h – высота; шаг сетки J – количество движения i – энтальпия K – коэффициент эжек ции K K 1 2 , – ко эф фи ци ент эжек ции на пер вом или вто ром кри ти чес - ком ре жи ме, со от ве тствен но K 2l – ко эф фи ци ент эжек ции на вто ром кри ти чес ком ре жи ме при lC2 1 = K Q – объемный коэффициент эжекции KT ¢ – температурный коэффициент связи l – длина
lКС – без раз мер ная (относительная) дли на камеры смешения M – масса m V – коэффициент отношения скоростей n – показатель адиабаты; показатель процесса расширения n Д – степень расширения диффузора P – давление Q – объемный рас ход; теплота qП – массовая доля пара в парогазовой смеси qГА – массовая доля газа в жидкостно-газовой смеси на срезе сопла активного потока R – газовая постоянная или комплекс, включающий ее r – радиус r 0 – теплота парообразования в тройной точке; радиус жид - кост ной струи на срезе сопла r U – внутренняя теплота фазового перехода в тройной точке r П – скрытая теплота парообразования S – энтропия; площадь боковой поверхности S 0 – энтропия в точке начала ее отсчета S F ( ) – поток энтропии Т – абсолютная температура Т 0 – температура начала отсчета внутренней энергии t – время t 1 – период осреднения U – удельная внутренняя энергия; отношение мас со вых рас - хо дов газа и жидкости в дисперсной смеси; параметр U П – степень влажности пара V – скорость VCР – среднерасходная скорость VГ CР i – i-я средняя скорость газа ( ) i =1 4 K J – удельный объем Y – отношение скоростей Z – осевая координата струйного аппарата z – параметр a – геометрический параметр струйного аппарата a КC – угол конусности камеры сме ше ния a Д – угол расширения диффузора a ЦЭ – геометрический параметр струйного аппа рата с эквива - лентной цилиндрической камерой смешения b = F F 2 1 – степень конусности камеры смешения g П – объемная доля пара в парогазовой смеси d – толщина пленки ~ d d = F F1 – безразмерная площадь торцов сопл
Основные обозначения DS – производство энтропии DW – разность кинетических энергий потока на входе в камеру смешения и на выходе из нее e – коэффициент корреляции; безразмерная константа h,hИЗ – КПД и изо тер ми чес кий КПД, соответственно q – коэффициент отношения температур; безразмерная пере - менная q1 – угол наклона оси камеры смешения к вектору ускорения свободного падения l =V aК – приведенная скорость l l Ж Т , – молекулярная и турбулентная теплопроводности жид - кости m – коэффициент динамической вязкости m m СГ СЖ , – коэффициенты рас хо да га зо во го и жид костного сопл n – коэффициент кинетической вязкости; ко эф фи ци ент по - терь полного давления x Д – коэффициент сопротивления диф фу зо ра Г – об ъ ем ная доля П – динамический коэффициент связи П КИН – кинетический коэффициент связи ПS – удельное производство эн тро пии ПS P ,ПS Т ,ПS V – удель ное производство энтропии, вызванное выравнива - нием дав ле ния, тем пе ра тур, ско рос тей дви же ния ком по - нен тов, соответственно ПS t – удельное производство энтропии из-за диссипации части кинетической энергии потока при его взаимодействии со стенкой камеры смешения ПS W – разность между удельными производствами энтропии ПS V и ПS t r – плотность s – коэффициент поверхностного натяжения; параметр t – объем; касательное напряжение; шаг сетки j – коэффициент скорости; параметр jn – коэффициент отличия показателя процесса расширения га за в сопле от показателя адиабаты y – коэффициент восстановления полного давления; коэффи - циент потерь импульса Простые нижние индексы 0, ¼, 5; i; I; II – номер сечения струйного аппарата в соответствии с рис. 1.1; 3.23; 6.3; 8.1 1 – 2 – между сечениями 1 – 1 и 2 – 2
Доступ онлайн
2 900 ₽
В корзину