Injectoare gazodinamice, constructii si calcul

Injectoare gazodinamice, constructii si calcul

Alaturi de dezvoltarea gazodinamicii si structurilor navelor aerospatiale, una din cauzele principale care determina succesele mondiale ale activitatii umane consta in crearea si dezvoltarea rapida a sistemelor de propulsie ale aparatelor de zbor.

Perfectionarea propulsoarelor actuale, bazate pe arderea combustibililor chimici, nu poate fi realizata fara aplicarea conceptiilor si tehnologiilor noi de ardere, care presupun cresterea randamentului de ardere datorita perfectionarii procesului de injectie si amestecare in camerele de ardere ale motoarelor cu reactie.

Un mod principial nou de perfectionare a tehnicii de injectie in camerele de ardere ale motoarelor cu reactie, care asigura preamestecarea si omogenizarea cat mai perfecta a amestecului "aer-combustibil " este echiparea motoarelor cu injectoare sonice, a caror functionare se bazeaza pe ideea utilizarii energiei pulsatiilor ce apar la curgeri nestationare ale fluidelor. Solutionarea acestei probleme se prezinta in acest subcapitol.

1. Scheme constructive ale injectoarelor sonice gazodinamice

Avand in vedere ca majoritatea injectoarelor sunt brevetate ca dispozitive destinate pulverizarii lichidelor de lucru (generatorul reprezinta componenta principala din obiectul inventiei) vom examina anumite constructii tip, ca sa evidentiem cum se combina generatoarele sonice cu duze de pulverizare in aceste constructii.

Injectorul sonic cu tija Lamekin Ulianov (1956). Primul injector sonic destinat pentru pulverizarea fina a combustibililor lichizi a aparut in 1956 in U.R.S.S. si prezinta o camera de alimentare cilindrica in jurul unui generator gazodinamic axial cu rezonator cu tija (fig. 8.12). Aerul comprimat se introduce prin stutul 1 si ajunge in ajutajul cilindric 5 al generatorului, dupa care interactioneaza cu muchia ascutita a rezonatorului cilindric 8. Generatorul are posibilitatea de reglare a parametrilor de reglare a rezonatorului (se regleaza distanta D dintre ajutaj si rezonator si adancime rezonatorului L_R

Combustibilul lichid trece in cavitatea camerei 4 dupa care printr-o duza inelara ajunge in zona de actiune a generatorului 8. Oscilatiile de presiune de inalta frecventa produse de generator actioneaza asupra jetului de lichid format de ajutajul 7, sau asupra mai multor jeturi de lichid formate de orificii mici repartizate uniform in jurul rezonatorului, ca in cazul generatorului VEB-1 (1968) , realizat pe baza generatorului Lamekin Ulianov

Fig.8.12. Injectorul sonic cu tija Lamekin Ulianov: 1-stut de alimentare cu aerul

comprimat; 2- garnitura; 3- stift de fixare; 4- camera de alimentare cu

combustibil lichid; 5- ajutajul generatorului; 6-suport tija; 7- tija;

8- rezonator; 9- saiba de reglare a adancimii rezonatorului L_R; 10- orificii

tehnologice pentru schimbarea pozitiei rezonatorului D

O particularitate a duzelor generatorului VEB-1 o reprezinta faptul ca diametrul la care sunt practicate orificii pentru trecerea combustibilului lichid este mai mare decat diametrul interior al rezonatorului, ceea ce duce la eficienta scazuta de utilizare a puterii sonore a generatorului.

Generatorul cu tija propus de Hartmann (1969) difera prin ajutajul generatorului confectionat in forma convergent-divergenta de tip Laval pentru obtinerea vitezelor supersonice. Din pacate, solutia aceasta nu a fost reusita, cresterea asteptata a puterii sonore s-a soldat cu scaderea frecventei oscilatiilor.

Injectorul firmei "Astrospray" Constructia generatorului difera prin aceea ca in afara de rezonatorul principal 4 exista rezonatorul secundar 3 efectuat in carcasa ajutajului generatorului (fig. 8.13). Duza camerei de alimentare cu combustibil lichid este convergent-divergenta.

Fig.8.13 Injectorul firmei "Astrospray":

- aer de lucru, 2 - combustibil, 3 - rezonator secundar, 4- rezonator principal, 5 - zona de amestec aer-combustibil, 6 - radacina flacarii

Arzatorul sonic B.S.Pascovschi cu rezonator in contrasens (1974). Originalitatea o reprezinta rezonatorul cilindric practicat in carcasa ajutajului generatorului, situat contra sensului fluxului principal de aer (fig. 8.14). Aerul trecand prin tija- tub 5 si prin orificii ajunge in ajutajul 4 si rezonatorul 3. Combustibil lichid sau gazos trece prin duza inelara 6 si ajunge in zona de lucru a rezonatorului. Datorita rezonatorului in contrasens aerul din ajutaj loveste frontal jetul de combustibil iesit din duza 6, ceea ce asigura un amestec perfect aer-combustibil.

Fig. 8.14. Arzatorul B. S. Pascovschii cu rezonatorul in contrasens:

1- canal pentru aer; 2- tija tub; 3- rezonator in contrasens; 4- ajutaj;

5- canal pentru combustibil; duza; 7- carcasa

Injectorul sonic Iul. Borisov (1968). Difera prin aceea, ca pentru crearea jetului de lichid turbionar are o camera de alimentare centrifugala (fig. 8.15) si un generator gazodinamic cu tija instalat in interiorul acestuia.

Fig.8.15.Generatorul sonic Iul.Borisov:1-camera centrifugala;2-stut de gaz; 3-suport;

4- ajutajul generatorului; 5- tija; 6- rezonatorul; 7- reflector de flacara

In afara de aceasta ajutajul generatorului 4 are un rezonator secundar, iar rezonatorul principal 6 este echipat cu un reflector de flacara 7.

Injectorul N. Lamekin cu fluier gazodinamic Generatorul sonic de tip Helmholtz confectionat in forma unui tub cu fanta laterala dreptunghiulara cu o muchie ascutita, este prezentat in figura 8.16. Combustibilul lichid trece prin canalul 2, iar aerul trece prin canalul 4 spre rezonatorul acustic 5 (fluier), unde creeaza oscilatii sonice. Injectorul permite obtinerea particulelor dispersate de ordinul a 10 micrometrii, totodata debitul injectorului este foarte mic.

Fig.8.16. Injectorul N. Lamekin cu fluier gazodinamic:1-duza; 2- camera de

combustibil lichid; 3-carcasa generatorului;4- canal pentru aer;

5- tub rezonator; 6- fanta dreptunghiulara cu muchie ascutita

Arzatorul radial ultrasonor Aerul comprimat se refuleaza in ajutajul radial periferic 1 (fig.8.17). Fanta ajutajului se dimensioneaza prin deplasarea piesei 1 de a lungul piesei 2 cu o saiba de reglare sau prin filetare Aerul din ajutaj ajunge in rezonatorul radial central 2 . Combustibilul gazos trece prin canalul central axial. Dezavantajul consta in debitele de aer mare, care cresc cu majorarea diametrului D_a al ajutajului periferic radial, ceea ce nu reprezinta un obstacol pentru arzatoare de gaze naturale de putere mare.

Fig. 8.17 Arzatorul de ultrasunete radial:

- ajutaj radial ; 2 - rezonator radial

7. Arzatorul Pascovschi-Ghilod cu rezonator radial Combustibilul gazos este refulat prin canalul central 1 (fig.8. 18), iar aerul comprimat trece prin ajutajul convergent 2 in ajutajul radial central dupa care ajunge in rezonatorul periferic radial 4, care are rezonatorul lateral secundar 5. Dezavantajul consta in imposibilitatea utilizarii acestuia pentru arderea combustibililor lichizi din cauza pulverizarii insuficiente a lichidului refulat prin canalul central.

Fig. 8.18. Generatorul Pascovschii - Ghilod cu rezonatorul radial:1-canal central;

2-ajutaj convergent; 3-ajutaj radial;4-rezonator radial;5-rezonator secundar

Arzatorul sonic "Dumag" Combustibilul gazos se refuleaza prin canalul central 1( fig. 8.19) cu diametrul 9,5 mm prin care pot fi refulate si reziduri industriale cu particule rigide. Aerul se destinde in ajutajul convergent si ajunge in rezonatorul 4 situat sub unghiul de (45-65)⁰ cu axa generatorului. Partea laterala a ajutajului 5 este confectionata in forma unui reflector parabolic. Arzatorul este destinat arderii deseurilor industriale si urbane.

Fig. 8.19. Arzatorul "Dumag" cu generatorul radial-axial:1-canal pentru

combustibil; 2- corp central; 3- carcasa generatorului cu ajutaj;

4- rezonator radial-axial; 5- reflector parabolic

Injectorul sonic "Dumag Este destinat pentru arderea combustibilului lichid greu cu vascozitate ridicata (pacura, titei). Generatorul (fig. 8.20) este alcatuit din ajutajul convergent 1si camera de rezonanta 3, care se afla sub unghi negativ de (45-65)⁰ fata de axa injectorului. Pacura trece prin canalul central in duza centrifugala 4 prin care se pulverizeaza in prealabil. Pulverizarea finala se efectueaza cu generatorul sonic axial-radial.

Fig. 8.20. Injectorului "Dumag" cu generatorul axial-radial:

1 carcasa ajutaj; 2 canal pentru combustibil lichid;

3 rezonator axial-radial;4 duza centrifugala                          

Arzatorul Gregus Aerul si combustibilul gazos se introduc prin orificii tangentiale in punctele opuse ale camerei de amestecare centrifugale 1 (fig.8.21), care reprezinta un generator sonic cu vartej. Amestecul aer- combustibil iese din camera de amestec printr-un ajutaj central comun 2.

Fig. 8.21. Arzatorul Gregus:1- camera de amestec centrifugala; 2- ajutaj

divergent; 3- canal pentru aer; 4- canal pentru combustibil

Injectorul "Vortometrix" Difera prin aceea ca gazul de lucru este aburul, care patrunde prin canalele tangentiale in camera de turbionare 1 (fig.8.22). Amestecarea combustibilului cu abur are loc in afara camerei, direct in ajutajul 2.

Eseu: CAIET DE SARCINI pentru executia infrastructurii din beton armat Referat: Manual de reabilitare termica a cladirilor prin imbunatatirea protectiei termice a peretilor exteriori

Fig. 8.22. Arzatorul "Vortometrix": 1- camera de turbionare; 2- ajutaj;

3- canal pentru abur; 4- canal pentru combustibil

12. Injectorul sonic Lamekin-Bogdanov Ajutajul generatorului gazodinamic cu tija ( fig. 8.23) are un prag exterior cu muchie asutita cu unghiul egal cu valoarea unghiului muchiei exterioare a rezonatorului j_a j_R. La unghiul muchiei j_a 30⁰ si la

parametrii de acordare D_R si L_R optimi se obtine crestere intensitatii acustice a

campului exterior sonor de 2ori. Combustibilul lichid este refulat prin 2 stuturi tangentiale si cu ajutorul camerei de turbionare 1se distribuie pelicular in jurul rezonatorului 3.

Fig. 8.23. Injectorul sonic Lamekin-Bogdanov: 1 - camera de turbionare;

2 - ajutajul generatorului gazodinamic; 3 - rezonator; 4 - tija;

D_R, L_R- parametrii de reglare.

Injectorul sonic centrifugal Yu.Bogdanov

Reprezinta un generator cu vartej centrifugal fig. 8.23) compus din corp duza 1 cu turbionatorul 2 pentru crearea fluxului de combustibil turbionat si 2÷4 perturbatori cilindrici 3 situati normal la ax de turbionare. Asigurarea regimului de autooscilatii a vartejului la diferite presiuni de alimentare se face prin infiletarea la o anumita distanta D a perturbatorilor 3 in adancimea camerei de turbionare.

Fig. 8.23. Injectorul sonic centrifugal Yu.Bogdanov: 1- corp duza;

2-turbionator;3-perturbator cilindric; D parametrul de acordare

Astfel, acordarea generatorului pentru obtinerea regimului sonic se face prin reglarea parametrului de acordare D. Diametrul duzei de iesire este de 1,8 mm, caracteristica geometrica principala - A = 4,5 , raza camerei de turbionare este de 2,5 mm, diametrul perturbatorilor este de 2,0 mm. Generatorul asigura pulsatii stabile la presiuni de alimentare scazute ( 0,08-0,33 MPa) cu frecventa joasa de 90-120 Hz.

Injectorul sonic centrifugal Andreev-Bazarov

Reprezinta o combinatie intre injectorul centrifugal cu 2 trepte si generatorul gazodinamic cu vartej. Combustibil lichid trece prin canalul central in care se afla turbionatorul 10 (fig. 8.24) si scurge din ajutajul central 7 formand un jet cu unghiul mare (prima treapta de alimentare). Pentru realizarea treptei a doua combustibilul lichid se introduce tangential prin stutul 2 in camera 4 din care se scurge in forma unui con cu unghiul mai mic decat la prima treapta.

Fig. 8.24. Injector sonic centrifugal Andreev-Bazarov:1- carcasa injectorului ; 2- canal

tangential; 3-ajutaj; 4- camera de turbionare (treapta a doua); 5- duza (treapta

a doua); 6-injector centrifugal (prima treapta); 7- duza (prima treapta);

8- ajutajul generatorului; 9- turbionatorul generatorului;10- turbionator

(prima trepta); 11-canal

Intersectia conurilor jeturilor dispersate, produc oscilatii de presiune datorita fenomenului Coanda. Aerul trecand prin turbionatorul 9 si ajutajul 8 produce oscilatii de presiune la fel ca intr-un generator cu vartej. Se produce interferenta undelor de presiune produse de un generator cu vartej gazodinamic cu pulsatii produse de 2 trepte ale injectorului centrifugal.

Injectorul sonic centrifugal V.G. Bazarov

Generatorul are camera de turbionare scurta 1 (fig. 8.25) cu geometrie speciala care introduce un salt in distributia vitezelor radiale in camera de turbionare. Aceasta asigura conditii pentru instabilitatea fluxului turbionat de combustibil gazos sau lichid, care curge prin ajutajul cilindric 5 echipat cu un ac 11, care serveste pentru acordarea generatorului. Injectorul genereaza oscilatiile de presiune si de debit, cu frecventa de la 400 pana la 800 Hz, asigurand pulverizarea fina a combustibililor lichizi.

Fig. 8.25. Injectorul sonic centrifugal V.G. Bazarov: 1-camera de turbionare;

2- baza ; 3- canalele tangentiale; 4- carcasa; 5- duza ; 6- conul

camerei de turbionare; 7- camera; 8- conducta de alimentare;

9- ventil de reglare; 10- praguri interioare; 11- ac

Generatorul gazodinamic de aerosoli cu jet plat G.Balan-A.Aculinin

Talerul de sus 1 impreuna cu talerul de jos 2 formeaza duza de alimentare cu lichid de lucru (fig. 8.26). Stutul 3 serveste pentru alimentarea generatorului cu lichid de lucru si pentru asamblarea talerelor 1 si 2 cu baza 4 prin intermediul piulitei cu saiba 8. Talerul de jos 2 este prevazut cu fanta formand impreuna cu baza 4 ajutajul generatorului de ultrasunete. Stutul 9 serveste pentru alimentarea generatorului cu aer comprimat. Rezonatorul 5 reprezinta o placa cu nisa in partea frontala care este ascutita. Baza 4 impreuna cu rezonatorul 5 formeaza cavitatea de rezonanta. Acordarea rezonatorului se face prin deplasarea rezonatorului fata de ajutaj cu surubul de reglare 11 si arcul de intors 10. La presiunea de alimentare a gazului de 0,33 MPa si distanta D=2,0 mm, generatorul asigura nivelul maxim de intensitate sonora 130,8 dB si frecventa de 20 kHz. La debitul de 10 g/s cu consum de aer de 4 g/s, generatorul produce aerosoli de 5 - 8 mm. Presiunea aerului comprimat este de 0,2 MPa, presiunea de alimentare pana la 0,2 MPa.

Fig. 8.26. Generatorul gazodinamic de ultrasunete cu jet plan: 1- taler de sus;

2-taler de jos;3-stut de lichid;4-baza;5-rezonator;6-surub fixator;

7-saiba; 8-piulita;9- stut de gaz;10-arc de intors;11-surub de reglare

Injectorul gazodinamic G.Balan cu doua rezonatoare (

Constructia se caracterizeaza prin aceea ca pentru marirea puterii acustice s-a recurs la ideea utilizarii intr-un injector a doua generatoare cu frecventa inalta - unul radial 4 si celalalt axial cu tija 2 (fig. 8.27 , care functioneaza la frecvente multiple. Datorita interferentei undelor produse de ambele rezonatoare rezulta atat frecventa inalta (>20 kHz) cat si puterea unitara mare. Acordarea rezonatoarelor se face numai prin variatia distantei D_p dintre ajutajul 2 si rezonatorul 4 la rezonatorului axial, rezonatorul radial fiind nereglabil.

Combustibilul lichid trece prin stutul 7 in camera de alimentare cu turbionatorul 8 de unde curge prin duza convergent-divergenta situata dintre doua rezonatoare axial si radial. Constructia asigura la debit de lichid de 100 g/s transformarea combustibilului in aerosoli de 8-10 mm. Presiunea aerului comprimat 0,3 MPa, presiunea de alimentare cu combustibil pana la 0,2 MPa.

Fig. 8.27. Injectorul gazodinamic G.Balan cu doua rezonatoare:1-ajutaj radial;

2-rezonator radial;3-ajutaj axial;4- rezonator axial;5- bucsa cu canale; 6 - suport cruce; 7 - stuti de alimentare cu combustibil lichid; 8 - turbionator; 9 -garnituri de etansare; 10 - stut de alimentare cu aer; 11 - piulita de reglare

18. Pulverizatoare sonice de tip AFR ale Institutului de Fizica Aplicata al A.S. al R.M.

Generatorul gazodinamic al pulverizatorului sonic AFR-2 de debit mare prezinta un generator axial cu tija prevazut cu posibilitatea de reglare a parametrilor de reglare a rezonatorului 9 (fig. 8.28) . Pozitia rezonatorului fata de ajutaj se shimba prin rotirea manuala in jurul tijei 13, fixate in interiorul ajutajului 3 printr-un suport cruce 12. Dispozitivul de reglare prevede modificarea adancimii rezonatorului si a sectiunii de iesire a ajutajului prin inlocuirea piesei 8, iar fixarea rezonatorului 9 si a capatului lui mobil 8 se efectueaza cu contrapiulita 11. Prezinta interes o solutie tehnica pentru conectarea cu aerul comprimat si cu agentul lichid de lucru printr-o singura piulita 1, utilizand o conducta de alimentare de tip " teva in teava".

Fig. 8.28. Pulverizatorul sonic gazodinamic de debit mare AFR-2: 1- piulita de

conectare; 2-turbionator; 3-ajutaj;4-camera de turbionare;5-perturbator;

6-contrapiulita;7- garnitura;8- tub; 9 - rezonator; 10-stift; 11- fixator;

12-suport cruce; 13 - tija; 14-saiba; 15-piulita

Dezavantajul constructiei il reprezinta modul de acordare a rezonatorului, care nu permite reglari in timpul procesului tehnologic. Totodata , pulverizatorul are capacitati industriale mari - la consumul unitar de gaz (abur) de 150 kg/h (50 60 g/s si debitul agentului de lucru lichid de 1,5 m³/h (300 400 g/s), asigura finetea de dispersare 30 mm. Presiunea aburului 0,2 ÷ 0,5 MPa, presiunea de alimentare cu lichid pana la 0,3 MPa, frecventa de lucru - 8 kHz.

Generatorul de aerosoli ultrasonic AFR-3 (fig. 8.29) prezinta un injector centrifugal in care este instalat generatorul gazodinamic de ultrasunete de tip axial. Solutia lichida patrunde in camera 3 si in turbionatorul 8 unde se obtine miscarea de rotatie creand un vartej in duza 4. Aerul comprimat ajunge prin ajutajul 2 in rezonatorul 7, fixat pe tija 5, care este instalata in interiorul ajutajului generatorului cu posibilitatea de deplasare. Jetul supersonic de aer din ajutaj, dupa interactiunea cu cavitatea rezonatorului, isi pierde stabilitatea si emite unde de soc de inalta frecventa. Variind distanta D dintre ajutajul 2 si rezonatorul 7 prin rotirea tijei 5 din partea stanga se obtine reglarea unghiului jetului de lichid dispersat .

Fig. 8.29. Generator de aerosoli ultrasonic AFR-3: 1-corp injector;2-ajutaj;3-canal

de lichid;4-duza;5- tija;6-canal de aer;7-rezonator;8 -turbionator

Pulverizatorul sonic electrostatic AFR-4 (fig. 8.30) contine corpul 1, care, cu ajutajul generatorului 2 formeaza un canal inelar 3 pentru lichid si duza de iesire 4. In ajutajul generatorului 2 este instalata tija 5 prin care se formeaza ajutajul inelar pentru agent de pulverizare - aerul comprimat. La capatul tijei 5 se afla rezonatorul axial 7. Pe corpul 1 sunt imbracati electrozii 8, fiecare se termina cu un ac directionat spre jetul dispersat. In canalul 3 pentru trecerea agentului de lucru lichid, este instalat turbionatorul 9, care asigura uniformitatea refularii lichidului in jurul zonei de lucru a generatorului gazodinamic de ultrasunete care emite campul acustic.

Puverizatorul sonic electrostatic functioneaza in felul urmator. La admisia in canalul 6 prin stutul respectiv al gazului de lucru (aer comprimat cu presiunea 0,2 - 0,4 MPa), in zona dintre ajutajul 1 si rezonatorul 7 se genereaza undele de soc cu frecventa inalta (>20 kHz). Totodata in canalul 3 se admite agentul de lucru lichid, care are sa fie dispersat si care trecand prin turbionatorul 3 formeaza la iesire un jet dispersat. Intre electrozii cu ac 8 se dezvolta o descarcare electrica datorita fenomenului de corona sau prin inductie ceea ce duce la intensificarea procesului. Undele de soc, transformandu-se in unde acustice, actioneaza si asupra suporturilor electrozilor 8 fortandu-le sa vibreze in rezonanta cu frecventa campului acustic, ceea ce duce la majorarea densitatii curentului electric in descarcare corona intre electrozii 8. Presiunea aerului comprimat 0,2 ÷ 0,3 MPa, debitul maxim pulverizat la AFR-3 si AFR-4 este de 20 g/s, finetea de pulverizare 15 ÷ 25mm. Tensiunea electrica aplicata la electrozi 50 kV.

Fig. 8.30. Pulverizator sonic electrostatic AFR-4: 1-corp injector;2-ajutaj;

3-canal de lichid;4-duza; 5- tija;6-canal de aer; 7-rezonator axial;

8-electrod; 9-turbionator; 10-camera de aer

Examinarea generatoarelor sonice gazodinamice arata ca la unii si aceiasi parametri geometrici ai sistemului "ajutaj-rezonator" si a presiunii de alimentare, puterea maxima acustica se obtine la generatoarele axiale cu ajutajul convergent cu muchia ascutita pe fata frontala a ajutajului generatorului (fig.8.23, 8.30, 8.31,8.32,).

La generatoare radiale (fig.8.17, 8.18) si radial-axiale (fig.8.19, 8.20) debitul masic de gaz necesar functionari generatorului este mai mare decat in cazul generatorului axial, ceea ce este evident daca luam in consideratie cresterea ariei sectiunii de iesire a ajutajului.

Avantajul deosebit al injectoarelor gazodinamice il reprezinta independenta lor de natura fluidelor (lichide sau gaze) si de presiunea ( vid sau suprapresiune) a mediului tehnologic in care trebuie sa functioneze.

Capacitatea aceasta de universalitate se datoreaza fenomenului de "criza curgerii gazului din ajutaje" bine cunoscuta din dinamica gazelor, la care dupa

stabilirea regimului critic de curgere, debitul masic de gaz ramane neschimbat la variatii ale parametrilor de stare a mediului in care are loc scurgerea.

Generatoarele sonice cu vartej (fig.8.21, 8.22, 8.24, 8.25, 8.26) nu necesita aer comprimat si pot fi alimentate de un ventilator, totodata consumul de aer de lucru depaseste de zeci de ori consumul generatoarelor axiale cu tija. Functionarea acestora atunci cand sunt scufundate intr-un lichid sub presiune devine imposibila.

Camerele de alimentare cu combustibilul lichid au duze drepte, conice, de tip Laval. Cele mai avantajoase sunt camerele centrifuge mai ales cu turbionatorul care asigura formarea peliculei fine de lichid in jurul zonei de lucru a rezonatorului (fig. 8.15, 8.23, 8.18-8.30)

Cum reiese din examinarea constructiilor prezentate majoritatea constructiilor au generatorul gazodinamic axial de tip Hartmann , cu ajutajul convergent si cu rezonatorul cu tija, care asigura stabilitate si maximum de putere sonora.

Valoarea maxima a randamentului acustic, care este raportul puterii acustice cu energia curgerii adiabatice a jetului de ajutaj, se observa la aceste constructii si atinge h_a

In cazul generatoarelor traditionale , inclusiv la cele cu rezonatorul secundar, randamentul acustic este mult mai mic (h_a

2. Calculul injectoarelor sonice gazodinamice

In calculul de proiectare a injectoarelor sonice cu camera de turbionare si generatorul gazodinamic axial vom pleca de la urmatoarele considerente:

la functionarea generatorului sonic gazodinamic portiunea jetului dintre ajutaj si rezonator oscileaza generand unde de soc cu frecventa inalta, care, datorita proceselor disipative, pierd din intensitate, transformandu-se in unde sonore;

eficacitatea maxima a proceselor de dispersare a combustibililor lichizi va avea loc atunci cand parametrii geometrici ai rezonatorului vor asigura intensitatea maxima a oscilatiilor si cand jetul inelar de combustibil lichid, generat de camera de turbionare va trece direct prin zona de oscilatii a jetului .

Dupa schema constructiva, injectorul sonic gazodinamic (fig. 8.31) reprezinta un injector centrifugal 1 cu turbionatorul 2 si cu corpul central interior care reprezinta generatorul gazodinamic.

Ca generator vom lua generatorul Hartmann cu tija compus din ajutajul convergent 3 si rezonatorul 5 fixat pe tija 4.

Datele initiale pentru calcul sunt:

  , kg/s - debitul masic de combustibil;

r, kg/m³ - densitatea combustibilului lichid;

n, kHz - frecventa de lucru a generatorului;

P_ca , MPa - presiunea aerului de lucru.

Calculul se efectueaza in doua faze - initial se determina parametrii generatorului gazodinamic axial , dupa care urmeaza dimensionarea camerei de turbionare a injectorului sonic.

Fig. 8.31. Schema injectorului sonic gazodinamic: 1 - corp injector;

2 - turbionator; 3 - ajutaj ; 4 - tija; 5 - rezonator

Faza I . Calculul generatorului gazodinamic axial

Calculul pleaca de la determinarea parametrului de neizobaritate:

,

unde: P_ca este presiunea in camera de ardere;

p (M_a) - functia gazodinamica;

M_a - - numarul Mach in sectiunea de iesire a ajutajului.

1.2. Pornind de la valoarea n calculata se determina parametrii geometrici adimensionali ai rezonatorului :

;

(pentru j_a j_R

, .

1.3. Utilizand valorile parametrilor ,, si n, se calculeaza din formula valoarea numarului Strouhal:

Utilizand valorile parametrilor ,,,n si frecventa de lucru n se determina marimea fantei de iesire a ajutajului:

, (8.42)

Substituind in formula (3.52) debitului masic de aer se determina aria sectiunii critice (sau de iesire, daca M_a = 1) a ajutajului:

, mm²

Din sistemul de ecuatii:

(8.43)

se determina diametrul ajutajului D_a si al tijei d_t .

1.7.Calculul generatorului se finalizeaza cu determinarea parametrilor geometrici ai rezonatorului:

D_R = (D_a - d _t )+d_t, mm

D_R= (D_a - d _t ), mm

l_R= (D_a - d _t ), mm

Faza II. Calculul camerei de turbionare

2.1. Diametrul duzei (fig. 8.31) camerei de turbionare

d_d = 2 r_v+0,64(D_a - d_t), mm (8.44)

in care raza turbionului de gaz central r_v se determina din formulele :

r_v =d_t/2+1,42(D_a - d_t)(0,2 n+0,43)

2.2. Se determina valoarea coeficientului de umplere a duzei :

(8.45)

2.3. Parametrul geometric principal A, coeficientul de debit m si unghiul jetului dispersat 2a se determina dupa formulele teoriei injectorului centrifugal ideal :

,

,

2.4. Presiunea de alimentare a lichidului se determina din formula debitului :

  ,Pa (8.46)

2.5. Dimensiunile geometrice ale camerei de turbionare si ale turbionatorului

(fig. 8.31) rezulta din valoarea parametrului A :

             (8.47)

unde:

b - unghiul pasului canalului turbionatorului,

S = a b, mm² - aria sectiunii de trecere a canalului cu latimea a si adancimea b;

i = 2 4 - numarul canalelor de intrare;

R_t, mm - bratul de rotire a fluxului turbionat.

2.6. Diametrul mediu Sauter al picaturilor poate fi apreciat dupa formula empirica:

d₃₂ ,2602·Sh^2·10⁴ , mm

Bibliografie

8.1. Andreyev A.V., Bazarov V.G., The Dynamics of Gaz-Liqiud Injectors, Moskva, Mashinostroyeniye ,1991, pag. 256.

8.2. Balan G. The Colection of Gas-Dynamic Sprayers , Conf. Intern. TURBO`98, Analele confer. COMOTI, Bucuresti, 1998, pag. 272-283.

Balan G., Automatizari in termoenergetica, Ed. "Tehnica", Chisinau 1998, ISBN 9975 -910-33-5, 180 pag.

8.4. Balan G., Gazodinamica aplicata. Metode de calcul , Ed. Tehnica-INFO, Chisinau, 2000, ISBN 9975-63-007-3, 142 pag.

8.5. Bazarov V.G., The Dynamics of Liqiud Injectors, M., Mashinostroyeniye, 1979, 136 pg.

Бoрисoв Ю.Я., Гaзoструйныe излучатели гaртмaнoвскoгo типa, Истoчники мoщнoгo ультрaзвукa, пoд. рeд. Л.Рo e e

8.7. Constantinescu G. Teoria sonicitatii, Bucuresti, Edit. Acad. Romana, ed. II, vol. I, 1985, 248 pag.

течения в газавой динамике, изд. СО РАН, Новосибирск, 2000, 200 с.

8.10. Hartmann J., Trolle B., Modus operatidi of the Air-Jet Pulsator, Dann. Mat-Fys. Medd., 1930, 10, pg. 4-21.

8.11.Hartmann J., Trunds F., Synchronization of Air-Jet Generator with Appendixion the Stearn Generator, Dann. Mat-Fys. Medd., 1951, nr.10, pag. 2-39.

8.13 Manole V.V., Constructia si calculul turbomotoarelor de aviatie, Bucuresti,

1976, Acad. Mil. Tehnica, partea II, 268 pag.

8.14. Mörch K.A., A Theory for Mode Operation of the Hartmann Air-Jet Generator, J. Fluid Mech., 1964, 20, nr.1, pg. 141-153.

8.15. M

термодинамики