Залежність коефіцієнта корисної дії вихорокамерного ежектора від його геометричних параметрів

Abstract

Знос і зниження ефективності роботи нагнітачів з рухомими робочими органами призводить до того, що стає доцільними використовувати струминні апарати в багатьох технологічних процесах. Використання властивостей закручених потоків, таких як зниження тиску на осі, призвело до створення вихрових ежекторів, проте їхні енергетичні показники та ККД знижені у порівнянні з класичними прямоточними струминними насосами та ежекторами. Розв'язанням цієї проблеми може бути використання більш досконалих принципів передавання енергії та технічних рішень у конструюванні струминних нагнітачів на основі вихрової камери. Такими нагнітачами є вихорокамерні нагнітачі, які завдяки використанню відцентрової сили, мають кращу, порівняно з вихровими ежекторами, енергетичну ефективність. Метою роботи є знаходження залежності коефіцієнта корисної дії вихорокамерного ежектора від його геометричних параметрів на основі методів планування експерименту. Дослідження складалося з трьох етапів: експериментальне дослідження роботи вихорокамерного ежектора однорідного середовища з початковими для оптимізації геометричними параметрами вихрової камери та каналів підводу, й відводу. На другому етапі проведено математичне моделювання на основі розв'язання рівнянь Рейнольдса, із використанням SST-моделі турбулентності. Далі проведено порівняння експериментальних даних з результатами розрахунку. Оптимізація параметрів за допомогою моделі другого порядку дозволила знайти максимальне значення ККД вихорокамерного ежектора, яке дорівнює 16 %. Геометричні параметри, що обрано як фактори: відносні висота та діаметр вихрової камери, відносний діаметр каналу живлення. Найбільший вплив на ККД має відносна висота вихрової камери. Значущість отриманих коефіцієнтів рівнянь регресії перевірено за допомогою t-критерію Стьюдента.

The wear and decreased efficiency of superchargers with moving impellers make using jet devices in many technological processes advisable. Using the properties of swirling flows, such as reduced axial pressure, has created vortex ejectors. Still, their energy performance and efficiency are reduced compared to classical direct-flow jet pumps and ejectors. The solution to this problem may be the use of more advanced energy transfer principles and technical solutions in the design of vortex chamber-based jet superchargers. Such superchargers are vortex chamber superchargers, which, due to the use of centrifugal force, have better energy efficiency than vortex ejectors. The aim of this work is to determine the dependence of the efficiency of a vortex chamber ejector on its geometric parameters based on the design of the experiment. The study consisted of three stages: an experimental study of the vortex chamber ejector operation in a homogeneous medium with the initial geometric parameters of the vortex chamber and the supply and discharge channels for optimization. In the second stage, mathematical modeling was performed based on solving the Reynolds equations using the SST turbulence model. Next, the experimental data were compared with the calculation results. The optimization of parameters using the second-order model allowed us to find the maximum value of the efficiency of the vortex chamber ejector, which is equal to 16 %. The geometric parameters selected as factors are the relative height and diameter of the vortex chamber, the relative diameter of the supply channel. The relative height of the vortex chamber has the greatest influence on the efficiency. The significance of the obtained coefficients of the regression equations was tested using Student's t-test.