Разработка математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором, алгоритма расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Хамади Михаил Искандерович

• Хамади Михаил Искандерович
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Хамади Михаил Искандерович

Содержание Стр. ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ созданных математических моделей процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором

1.2 Анализ существующих конструкций многосопловых сверхзвуковых вакуумных эжекторов

1.3 Анализ существующих конструкций систем пневмовакуумного разгрузчика

1.4 Постановка цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ОТКАЧКИ ГАЗА МНОГОСОПЛОВЫМ СВЕРХЗВУКОВЫМ ВАКУУМНЫМ ЭЖЕКТОРОМ

2.1 Математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным насосом

2.2 Верификация математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором

2.3 Выводы к Главе

ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

3.1 Постановка задачи

3.2 Принятые исходные данные для гидро- газодинамического расчета односопловой конфигурации сверхзвукового вакуумного эжектора

3.3 Результаты гидро- газодинамического расчета односопловой конфигурации сверхзвукового вакуумного эжектора

3.4 Принятые исходные данные для численного эксперимента

3.5 Результаты численного эксперимента

3.6 Выводы к Главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПНЕВМОВАКУУМНОГО РАЗГРУЗЧИКА

4.1 Алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика

4.2 Алгоритм расчета массовой производительности пневмовакуумного разгрузчика

Стр.

4.3 Алгоритм расчета максимальных дальности транспортировки, высоты

подачи материала и длины вакуумной магистрали

4.4 Алгоритм расчета массовой производительности системы пневмовакуумного разгрузчика, в состав которой входит многосопловой сверхзвуковой эжектор

4.5 Исследование влияния различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика

4.6 Выводы к Главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором, алгоритма расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов»

Актуальность исследования

В настоящее время вакуумные эжекторы широко используются инженерами и исследователями в различных областях науки и техники в силу малогабаритной конструкции и простоты в эксплуатации. Использование вакуумных эжекторов в вакуумных системах и компрессорных установках повышает их рабочие характеристики при минимальных затратах [1 - 45].

Достижения последних лет в области металлургии, аддитивного производства позволяют изготавливать вакуумные эжекторы сложной конфигурации, требующих обеспечения высокой точности при изготовлении. Использование таких конфигураций дает возможность повысить эффективность и уменьшить габариты вакуумного эжектора, и, вследствие этого, использовать его в других отраслях промышленности, например, в системе пневмовакуумного разгрузчика - системе, используемой для разгрузки емкостей, заполненных сыпучими материалами. Основным преимуществом данной системы является ее мобильность. Как показал анализ научных работ и рынка систем пневматической транспортировки сыпучих материалов [46 - 49], в настоящее время ведущие позиции по производству данных систем является итальянская компания Р1АВ, в Российской Федерации системы пневмовакуумных разгрузчиков не производятся.

В настоящее время создано достаточное количество математических моделей рабочих процессов, протекающих в вакуумном эжекторе классической конфигурации [1, 4, 7, 8, 17 - 20, 50 - 63], также существуют работы, описывающие процесс пневматической транспортировки сыпучего материала с использованием вакуумного насоса [64 - 70]. Однако, существующие подходы к расчету вакуумного эжектора классической и сверхзвуковой конфигураций не позволяют определить рабочие параметры многосопловой конструкции вакуумного эжектора для использования в системе пневмовакуумного разгрузчика.

Соискателем разработаны математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором в системе пневмовакуумного разгрузчика и алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

Объектом исследования являются многосопловые сверхзвуковые вакуумные эжекторы, система пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

Предметом исследования является процесс течения рабочего и эжектируемого газов, а также их смеси в рабочей полости многосоплового сверхзвукового вакуумного эжектора, входящего в состав системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

Целью работы является разработка математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором и алгоритма расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов для подготовки и внедрения в деятельность промышленных предприятий практических рекомендаций.

Задачи исследования:

1. Разработка математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором.

2. Исследование влияния различных факторов на параметры многосоплового сверхзвукового вакуумного эжектора

3. Разработка практических рекомендаций для проектирования многосоплового сверхзвукового эжектора.

4. Разработка алгоритма расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

5. Исследование влияния различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

6. Разработка практических рекомендаций для проектирования системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

Научная новизна

1. Разработана математическая модель, описывающая процесс откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором с заданными геометрическими параметрами и различным количеством сверхзвуковых сопел активного газа, расположенных параллельно.

2. Исследовано влияние различных факторов на параметры многосоплового сверхзвукового вакуумного эжектора, разработаны практические рекомендации для его проектирования.

3. Разработан алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

4. Исследовано влияние различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов, разработаны практические рекомендации по их проектированию.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том,

что:

1. Разработаны математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором и алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов, позволяющие проектировать системы пневмовакуумного разгрузчика, в состав которых входит многосопловой вакуумный эжектор, обеспечивающий требуемые рабочие характеристики.

2. Исследовано влияние различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

3. Разработаны практические рекомендации для проектирования систем пневмовакуумных разгрузчиков сыпучих материалов, в том числе, в состав которых входит многосопловой сверхзвуковой вакуумный эжектор.

4. Результаты работы внедрены в деятельность предприятия ПАО «Казаньоргсинтез» и учебный процесс МГТУ им. Н. Э. Баумана, что подтверждено актами о внедрении.

Публикации

Основные научные результаты диссертации отражены в 3 научных статьях, в том числе в 2 статьях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в 1 статье из перечня рецензируемых научных журналов и изданий международной базы Scopus.

Положения, выносимые на защиту

Математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором. Алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов. Оценка влияния различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов.

Личный вклад соискателя

Все исследования, представленные в диссертационной работе, проведены лично соискателем совместно с научным руководителем в процессе работы над материалом диссертации. Заимствованный материал в диссертационной работе обозначен ссылками.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложения с аналитическим расчетом односопловой конфигурации сверхзвукового эжектора для верификации, приложения с аналитическими расчетами многосопловых конфигураций для сравнения их результатов с результатами численного эксперимента, приложения с кодами программ расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов. Диссертационная работа изложена на 160 страницах, содержит 39 иллюстраций и 14 таблиц. Библиографический список включает 158 источников.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена цель исследования и поставлены задачи для ее достижения, указаны объект исследования, а также научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ научных работ, посвященных исследованиям разработанных математических моделей рабочих процессов в вакуумных эжекторах классической конфигурации, а также сверхзвуковой, многосопловой и модульной, рассмотрены существующие конструкции вакуумных эжекторов, в том числе многосопловые, и конструкции систем пневмовакуумных разгрузчиков. Выявлено, что рассмотренные многосопловые конфигурации сверхзвукового эжектора были спроектированы на основе результатов гидродинамических расчетов в специализированных программных комплексах и что не существует математических моделей процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором. Также выявлено, что на данный момент не существует алгоритма расчета основных параметров систем пневмовакуумных разгрузчиков сыпучих материалов.

Разработанная математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором позволяет определять его откачные параметры при заданных геометрических параметрах эжектора, давлении высоконапорного газа на входе в эжектор и давлении среды на выходе из эжектора. Разработанные алгоритмы расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика позволяют проводить проектирование таких систем для различных условий и конфигураций, в том числе систем пневмовакуумного разгрузчика, в состав которой входит многосопловой сверхзвуковой вакуумный эжектор.

Как показал анализ научных работ, в настоящее время разработка математической модели процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором и алгоритмов расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика является актуальной задачей.

Во второй главе описана разработанная математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором. Приведены результаты верификации разработанной математической модели рабочих процессов в многосопловом сверхзвуковом вакуумном эжекторе. Расхождение

результатов аналитического расчета с экспериментальными данными не превысило 9 %.

Третья глава посвящена численному эксперименту по определению параметров газов в рабочих полостях многосопловых конфигурациях сверхзвукового эжектора. Численный эксперимент проведен в программном комплексе Ansys Fluent. Определено расхождение между результатами численного эксперимента и аналитического расчета, при выполнении которого была использована разработанная математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором. Расхождение не превысило 15 %. На основе результатов численного эксперимента даны рекомендации по проектированию многосопловых сверхзвуковых конфигураций вакуумного эжектора.

В четвертой главе разработан алгоритм расчета основных параметров системы пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов и проведено исследование влияния различных факторов на основные параметры системы пневмовакуумного разгрузчика. На основе полученных результатов исследования даны рекомендации по проектированию систем пневмовакуумного разгрузчика сыпучих материалов с улучшенными характеристиками, в том числе в состав которых входит многосопловой сверхзвуковой вакуумный эжектор.

В заключении перечислены выводы по результатам проведенных автором диссертации исследований.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ созданных математических моделей процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором

В настоящее время газовые эжекторы классической конфигурации широко используются в различных отраслях промышленности в силу целого ряда преимущества, таких как надежность, простота конструкции и экономичность [1 - 28, 71 - 83]. Принцип действия эжектора заключается в передаче импульса количества движения высоконапорного (рабочего) газа низконапорному (откачиваемому) газу в процессе смешения в направлении откачки.

Газовые эжекторы находят применение в вакуумной технике, энергетике, химической, нефтехимической и газовой промышленности, а также в ряде специфических процессов, требующих контроля газовых потоков [1, 5 - 12, 24 -28].

В вакуумной технике газовые эжекторы используются для создания и поддержания условий вакуума в вакуумных системах, применяемых в металлургии, электронике, фармацевтике и машиностроении. В вакуумных системах, таких как вакуумные камеры и сушильные установки, надежность и эффективность эжекторов напрямую влияют на качество продукции, скорость процессов и их экономичность. Недостаточно эффективные эжекторы могут потребовать больших затрат энергии и времени для достижения необходимого уровня вакуума, что снижает общую производительность и увеличивает себестоимость продукции [1, 3, 8, 24, 35 - 60, 71 - 79].

В теплоэнергетике газовые эжекторы используются для создания разрежения в конденсаторах паротурбинных установок, что повышает коэффициент полезного действия (КПД) турбин и снижает расходы на охлаждение. В случае неэффективной работы эжектора ухудшается степень разрежения, что приводит к снижению КПД, увеличению затрат на топливо и негативно сказывается на производительности технологической системы в

целом. Повышение эффективности эжектора в данной области позволяет улучшить работу всей энергетической установки [1, 3, 9, 45, 56, 71 - 73].

В химической и нефтехимической отраслях промышленности газовые эжекторы применяются в процессах переработки сырья, смешения, дистилляции и дегазации. В химических и нефтехимических процессах важно поддерживать постоянные давление и поток рабочего газа для поддержания реакции, обеспечения качественного разделения компонентов и переработки продуктов. Использование неэффективного эжектора снижает качество продукции и увеличивает риск аварийных ситуаций [1, 45, 56, 71].

В газовой промышленности эжекторы используются для компримирования и перекачки природного газа, для создания разрежения в трубопроводах, удаления инертных газов и примесей перед транспортировкой газа. Эффективная работа эжекторов в этой области позволяет снизить потери давления и уменьшить затраты на сжатие, улучшая качество и объем транспортируемого газа, что особенно важно при больших расстояниях транспортировки. Эжекторы также повышают производительность оборудования транспортировки и очистки газа [1, 3, 9, 45, 50 - 56, 71 - 93].

В авиации и космической технике эжекторы применяются в установках создания разреженных условий, имитирующих большие высоты и условия космоса. Эти условия необходимы для испытания и проверки оборудования, которое будет использоваться в космических и авиационных системах. Эжекторы с низким КПД могут создать недостаточное разрежение, что сказывается на достоверности испытаний и надежности готового оборудования [1, 3, 9, 26, 43, , 56, 71 - 73, 90 - 113].

Основными параметрами эжектора являются: коэффициент эжекции К и степень повышения давления е.

К =

'э .

G4

Р3

Рэ 0

где ОЭ и ОА - массовые расходы эжектируемого и активного потоков газов, p3 -давление смеси газов на выходе из эжектора, рЭ0 - давление эжектируемого потока газа на входе в эжектор. Большинство работ, связанных с определением рабочих параметров газовых эжекторов, направлены на получение основных параметров эжектора (коэффициента эжекции и степени повышения давления) или геометрических параметров эжектора [1, 4, 7, 8, 17 - 20, 33 - 45, 89, 96].

В работах [1 - 22, 32 - 45] для определения параметров смеси газов в камере смешения эжектора используют уравнения эжекции, содержащие эмпирические коэффициенты. Данные уравнения выводятся на основе уравнений для струйных аппаратов [1, 3, 71]:

- уравнения сохранения энергии:

hp + U • hH = (1 + U)hc,

где hp, hH, hc -энтальпии рабочего и инжектируемого потоков до аппарата и смешанного потока после аппарата соответственно, и - коэффициент эжекции;

- уравнение сохранение массы:

Ос = Ор + Он,

где Ор, Он, Ос - массовые расходы рабочего, эжектируемого и смешанного потоков газов соответственно;

- уравнение сохранения импульса:

Л

Ip1 + Ih1J pdf + Ic3,

f3

где Ip1, IH1 - импульсы рабочего и эжектируемого потоков газа во входном сечении камеры смешения соответственно, Ic3 - импульс смешанного потока газов в выходном сечении камеры смешения.

Рабочие процессы, протекающие в эжекторе, сложны для описания, так как для них характерны высокая турбулентность потока, скачки уплотнения и прочие явления, негативно влияющие на создание математических моделей, описывающих рабочие процессы, протекающие в эжекторе, без целого ряда грубых допущений или использования эмпирических данных [12 - 30, 71 - 84].

В работе [74] представлено упрощенное соотношение для расчета степени повышения давления эжектора с цилиндрической камерой смешения. Предложено уравнение, которое, согласно его выводам, позволяет оценивать степень повышения давления с расхождением, не превышающим 3%. Основное внимание уделено математическому упрощению задачи и оценке его влияния на точность расчетов.

В работе [74] исследуются дозвуковые и сверхзвуковые скорости смешиваемых потоков и показано, что предложенный метод расчета параметров применим к широкому диапазону условий. При проведении расчетов автор использует уравнение сохранения массы, уравнение сохранения количества движения и уравнение сохранения энергии. Уравнение сохранения массы:

q(Л) + а- Р^(Л) = (1 + а^(Л ),

где q(X) - приведенный массовый расход, зависящий от приведенной скорости X:

1 Г+1 1 у+1

q(Л) = (^)2(^-1) -Л-(1 Л2)2^ 2 у +1

где у - показатель адиабаты газа.

Приведенная скорость газа X определяется отношением текущей скорости потока газа и к скорости звука в потоке а:

Л = ».

а'

ръ - отношение полного давления высоконапорного (активного) потока газаро к полному давлению низконапорного (эжектируемого) потока газар0:

р =

Р0 '

а - отношение площадей потока активного и эжектируемого газов на входе в камеру смешения.

Уравнение сохранения количества движения:

k • + 7(X) = (1 + k) • г(Х),

где 2(Х) - функция приведенной скорости:

г (X) = Х + — • X'

£ - коэффициент эжекции, определяемый отношением массового расхода низконапорного газа к высоконапорному.

Уравнение сохранения энергии:

Т = Т' + Т"

10

Для определения степени сжатия эжектора автор работы использует зависимость:

^ 1 + Рь 1 + а

Описанная в работе [74] методика определения основных параметров эжектора может быть полезна для инженерных расчетов, в которых не требуется высокая точность, а важна качественная оценка параметров конструкции эжектора. К существенным недостаткам рассмотренной работы относятся узкая область применения методики - работа ориентирована на эжекторы с цилиндрической камерой смешения и одинаковыми температурами смешиваемых газов, и то, что результаты работы основываются на теоретических расчетах, не произведена верификация методики расчета параметров путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными.

Работа [77] посвящена экспериментальным и численным исследованиям потока в осесимметричном газовом эжекторе, работающем в режиме вакуумного насоса. Представлены экспериментальные данные, которые можно использовать для верификации вычислительных моделей турбулентности, включая данные для нестационарных режимов течения газа.

В работе приведено численное моделирование с использованием методов Годунова для турбулентных сверхзвуковых течений и пакета FlowVision [77] для сравнения с экспериментальными данными.

Основное уравнение Годунова для численного моделирования турбулентных сверхзвуковых течений:

ди ^ 0

-+-= £

е^ ех

где и - вектор состояния переменных, F - потоковая функция, £ - источник потока/сток.

Представленные экспериментальные данные полезны для верификации численных моделей и изучения нестационарных процессов в эжекторе. Однако, численные методы имеют ограничения при моделировании сложных потоков.

В работе [78] Н.С. Лупова рассмотрен принцип работы эжектора классической схемы, в расчетных зависимостях подробно описан энергообмен между потоками газа, учтены силы вязкости. Указано, что традиционные подходы к описанию работы эжекторов, основанные на моделях идеальной жидкости, не учитывают влияние вязкости, что снижает точность теоретических расчетов и приводит к необходимости дополнительных экспериментов для расчета параметров конструкции.

Для обоснования связи процесса энергообмена между газовыми потоками в эжекторе, опираясь на влияние вязкости газа, автор работы использует уравнения движения вязкой жидкости в цилиндрических координатах и энергообмена через силы трения.

Уравнение движения вязкой жидкости в цилиндрических координатах:

е 2У 1 дУл 1 дР

у. (—2L+---) =--

дг г дг р дz ' где V - кинематическая вязкость, У - осевая скорость потока, р - плотность, Р -давление.

Уравнение энергообмена через силы теплообмена показывает, что энергия,

передаваемая между потоками, пропорциональна вязкости газа и силам трения:

р -

гтр и _ , ОТ

где р - динамическая вязкость газа.

Работа Н. С. Лупова [78] вносит важный вклад в теорию струйных аппаратов, подчеркивая значимость учета вязкости для повышения точности расчетов. Статья будет полезна для инженеров, разрабатывающих эжекторы, однако, для практического применения необходимо дополнить ее экспериментальными данными и использовать зависимости, позволяющие учесть отличие конфигурации рассматриваемого эжектора от классической.

Несмотря на широкое применение, газовые эжекторы классической конфигурации имеют ряд недостатков, которые снижают их эффективность и ограничивают возможности применения [1,3,5-7, 71 - 80, 86]. Основные недостатки классической конфигурации эжектора включают:

- ограниченную эффективность при изменении рабочих параметров: классические эжекторы проектируются для конкретных условий эксплуатации. При изменении давления или температуры входящих газов их эффективность снижается;

- высокие потери кинетической энергии при смешении рабочего и откачиваемого потоков газов;

- относительно большие габариты: из-за низкой интенсивности процесса смешения потоков рабочего и эжектируемого газов длина камеры смешения может достигать нескольких метров.

Эти недостатки делают актуальной задачу разработки новых технических решений в области расчета и конструирования газовых эжекторов, которые смогут компенсировать указанные ограничения и повысить эффективность работы эжектора. Улучшенное управление потоком, оптимизация параметров по нескольким критериям оптимальности, а также использование многосопловых конфигураций эжектора позволят улучшить показатели эффективности и

расширить области применения эжекторов в различных отраслях промышленности [1-17, 23 - 27, 39 - 45, 59 - 62, 86].

Повышение эффективности эжекторов важно, поскольку оно позволяет сократить расходы на эксплуатацию оборудования, уменьшить потребление энергоресурсов и сделать процессы более стабильными и экономически выгодными [23 - 27, 39 - 45]. Учитывая возрастающие требования к энергоэффективности, надежности и экологичности оборудования, повышение эффективности газовых эжекторов становится важной задачей для различных отраслей промышленности.

К возможным способам повышения эффективности эжектора относятся:

1. Оптимизация геометрических параметров сопел и камер смешения по нескольким критериям оптимальности. Путем изменения размеров и формы сопел можно рассчитать оптимальные параметры потока газа, увеличить скорость потока и снизить потери давления, что положительно скажется на эффективности эжектора. Современные методы, такие как численное моделирование и анализ рабочих процессов с использованием CFD (Computational Fluid Dynamics), позволяют с высокой точностью изучить рабочие процессы, протекающие в эжекторе [28 - 39, 59 - 63, 104].

2. Использование многосопловых конфигураций. Применение нескольких сопел в эжекторе может повысить его производительность и КПД. Многосопловые системы позволяют более равномерно распределять нагрузку между потоками и уменьшить турбулентные потери энергии потока, характерные для односопловых эжекторов [23 - 27, 39 - 45, 59 - 62, 86, 94 - 101].

4. Применение новых материалов. Использование современных, легких и термостойких материалов для изготовления сопел и камер смешения позволяет снизить потери на трение и повысить долговечность эжекторов. Материалы с низкой теплопроводностью также помогают сохранить температуру и кинетическую энергию потока, что улучшает общие рабочие показатели эжектора [1-17, 23 - 27, 39 - 45, 59 - 62, 86,].

Таким образом, повышение эффективности газовых эжекторов является важным направлением для различных отраслей промышленности. Это позволяет не только улучшить рабочие характеристики оборудования, но и сделать производственные процессы более стабильными и экономически выгодными, повышая конкурентоспособность предприятий и снижая их воздействие на окружающую среду.

Одним из способов повышения эффективности газового эжектора, в силу его принципа действия, является увеличение количества сопел рабочего газа и изменение их геометрических параметров для возможности достижения потоком высоконапорного газа сверхзвуковых скоростей; данный способ позволит увеличить интенсификацию процесса смешения рабочего и откачиваемого газов, что также позволит уменьшить габаритные размеры эжектора [23 - 27, 39 - 45, 59 - 62, 86, 94 - 104].

Существующие математические модели рабочих процессов многосопловых конфигураций сверхзвуковых эжекторов не всегда отражают реальные процессы, происходящие внутри эжекторов, что снижает точность расчетов и затрудняет оптимизацию конструкций эжекторов такой конфигурации.

Работа [39] посвящена исследованию многосопловых эжекторов (МЭЖ), в которых вместо одного центрального сопла используется несколько сопел, расположенных по обечайке камеры смешения (КС). Такой подход позволяет интенсифицировать процесс смешения потоков и повысить эффективность эжектора по сравнению с традиционными конструкциями. В работе исследовано влияние геометрических параметров рабочего канала на характеристики МЭЖ, такие как степень повышения давления, коэффициент эжекции, давления запуска и срыва. Представлены рекомендации по проектированию МЭЖ для различных технологических установок.

В работе [39] предложено использовать зависимость коэффициента эжекции от геометрических параметров эжектора, которая представлена следующим образом:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хамади Михаил Искандерович, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Цегельский В.Г. Струйные аппараты - Москва: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 573с.

2. Chen, Zuozhou & Jin, Xu & Dang, Chaobin & Hihara, Eiji. Ejector performance analysis under overall operating conditions considering adjustable nozzle structure. International Journal of Refrigeration. 84. 2017. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2017.08.005.

3. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970. 287 с.

4. Соболев А. В. Одноступенчатый эжектор большой степени сжатия / А. В. Соболев, В. И. Запрягаев, В. М. Мальков // Теплофизика и аэромеханика. 2005. Т. 12. № 1. С. 149-158.

5. Соболев А. В. Применение насадок шевронов и табов для улучшения расходных характеристик газовых эжекторов / А. В. Соболев, В. И. Запрягаев, В. М. Мальков // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Т. 14. № 2. С. 201-208.

6. Искра А. Л. Эжектор с разными эжектирующим и эжектируемым газами // Сборник работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов. М.: БНИ ЦАГИ, 1961. С. 303-321.

7. Цегельский В. Г. К теории газовых эжекторов с цилиндрической и конической камерами смешения // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2012. № 2. С. 46-71.

8. Васильев Ю.Н. Теория сверхзвукового газового эжектора с цилиндрической камерой смешения. В сб.: «Лопаточные машины и струйные аппараты», вып. 2. М.: Машиностроение, 1967. С. 171 -235.

9. Аркадов Ю.К. Газовый эжектор с соплом, перфорированным продольными щелями // Изв. АН СССР. МЖГ. 1968. № 2. С. 71-74.

10. Аркадов Ю.К., Лыжин О.В. и др. Многоступенчатый газовый эжектор. Авторское свидетельство № 217585. // Бюлл. изобр., 1968, №16.

11. Донец К.Г., Рошак И.И., Еремина Л.Н. Применение насосного эжектора для перекачки нефтяного газа // Нефтепромысловое дело. 1978. № 5. С. 58-60.

12. Гущин Ю.И., Галицкий И.В., Басаргин Б.Н. Коэффициент полезного действия струйного аппарата // Массообменные и теплообменные процессы химической технологии. Ярославль, 1975. С. 20-25.

13. Raju, Martin & Desikan, S. & Vaidyanathan, Aravind. Unsteadiness in vacuum ejector and their sources. Physics of Fluids. DOI: 36.10.1063/5.0231028. 2024.

14. Koirala, R.; Ve, Q.L.; Zhu, B.; Inthavong, K.; Date, A. A review on process and practices in operation and design modification of ejectors. Fluids 2021, 6, 409. D0I:10.3390/fluids6110409.

15. Elbel, S.; Lawrence, N. Review of recent developments in advanced ejector technology. Int. J. Refrig. 2016, 62, P. 1-18. D0I:10.1016/j.ijrefrig.2015.10.031.

16. Little, A.; Garimella, S. A critical review linking ejector flow phenomena with component- and system-level performance. Int. J. Refrig. 2016, 70, P. 243-268. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2016.05.015.

17. Current advances in ej ector modeling, experimentation and aPlications for refrigeration and heat pumps. Part 1: Single-phase ejectors. / Aidoun, Z. et al. Inventions 2019, 4, p.15. D0I:10.3390/inventions4010015.

18. Current advances in ej ector modeling, experimentation and aPlications for refrigeration and heat pumps. Part 2: Two-phase ejectors / Aidoun, Z. et al. Inventions 2019, 4, 16. D0I:10.3390/inventions4010016.

19. Tashtoush, B.M.; Al-Nimr, M.A.; Khasawneh, M.A. A comprehensive review of ejector design, performance, and aPlications. APl. Energy 2019, 240, P. 138-172. D0I:10.1016/j.apenergy.2019.01.185.

20. Cunningham, R.G. Jet-Pump theory and performance with fluids of high viscosity. Trans. Am. Soc. Mech. Eng. 2022, 79, P. 1807-1819. DOI: 10.1115/1.4013500.

21. Development of analytical model for predicting dual-phase ejector performance / Elmore E. et al. In Proceedings of the ASME International

Mechanical Engineering Congress and Exposition, Phoenix, AZ, USA, P. 11-17 November 2016.

22. Mazzelli, F.; Giacomelli, F.; Milazzo, A. CFD modeling of condensing steam ejectors: Comparison with an experimental test-case. Int. J. Therm. Sci. 2018, 127, P. 7-18. D01:10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.012.

23. Proposal and evaluation of two innovative combined gas turbine and ejector refrigeration cycles fueled by biogas: Thermodynamic and optimization analysis. Cao Y. et al. Renew. Energy 2022, 181, P. 749764. DOI:10.1016/j.renene.2021.09.043.

24. Enhancing subsonic ejector performance by incorporating a fluidic oscillator as the primary nozzle: A numerical investigation / Tavakoli M. et al. Int. J. Thermofluids 2023, p. 20. DOI:10.1016/j.ijfL2023.100429.

25. Li, Z.; Xu, W.; Liang, T.; Ye, W.; Zhang, Z. Experimental and numerical studies on the performance of supersonic multi-nozzle ejector. APl. Therm. Eng. 2024, 242. D0I:10.1016/j.aPlthermaleng.2024.122409.

26. Kurochkin, A.A. & Frolov, D.I. SUBSTANTIATION OF AERODYNAMIC PARAMETERS OF THERMAL VACUUM EXTRUDER EJECTOR. Vestnik of Ulyanovsk state agricultural academy. 2021. 230. P. 12-18. DOI: 10.18286/1816-4501-2021-3-12-18.

27. Frolov, D & Kurochkin, A. Aerodynamic study of an ejector in a modernized device for thermal vacuum extrusion of food products. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. 954. DOI: 10.1088/1755-1315/954/1/012030.

28. Numerical analysis of two-stage vacuum ejector performance considering the influence of phase transition and non-condensable gases / Sun Liu et al. APlied Thermal Engineering. 2022. 213. DOI: 10.1016/j.aPlthermaleng.2022.118730.

29. CFD simulation on the boundary layer separation in the steam ejector and its influence on the pumping performance / Han Y. et al. Energy 2019, 167, P. 469-483.

30. CFD modeling of the supersonic condensation inside a steam ejector / Giacomelli F. et al. Energy Procedia 2016, 101, P. 1224-1231.

31. Efficient hydraulic and thermal simulation model of the multi-phase natural gas production system with variable speed compressors / Xue W. et al. APl. Therm. Eng. 2024, 242. DOI: 10.1016/j.aPlthermaleng.2024.122411.

32. Novais, W.R.I.; Scalon, V.L. Numerical Simulation of an Ejector Using the OpenFOAM® Solvers; Associacao Brasileira de Engenharia e Ciencias Mecanicas: Rio de Janeiro, Brazil, 2018. P. 2.

33. Leilei N., Xiaobing Z. Study on energy-saving applications of vacuum ejectors across various operational demands. Vacuum. vol. 228. 2024. DOI: doi. org/ 10.1016/j .vacuum.2024. 113527.

34. Omidvar A., Ghazikhani, M. Razavi, S.M.R.M. Entropy analysis of a solar-driven variable geometry ejector using computational fluid dynamics. Energy Convers. Manag. 2016, 119, P. 435-443.

35. Smierciew, K.; Gagan, J.; Butrymowicz, D. APlication of numerical modelling for design and improvement of performance of gas ejector. APl. Therm. Eng. 2019. 149. P. 85-93.

36. A computational model of a transcritical R744 ejector based on a homogeneous real fluid aProach / Smolka J. et al. APl. Math. Model. 2013, 37, P. 1208-1224.

37. High Pressure Subsonic Nucleation in 1D Nozzles—An Experimental Study / Guo T. et al. In Proceedings of the ASME Turbo Expo 2014: Turbine Technical Conference and Exposition, Düsseldorf, Germany, P. 16-20, June 2014.

38. Sommerfeld, M. Numerical methods for dispersed multiphase flows. In Particles in Flows; Springer: Cham, Switzerland, 2017; P. 327-396.

39. Мальков B. M., Емельянова А. В. Эффективный многосопловой эжектор: влияние геометрических параметров рабочего канала на его характеристики //Аэрокосмическая техника и технологии. 2023. Т. 1. № 1. С. 131-148.

40. Аркадов Ю. К. Компактный газовый эжектор большой степени сжатия с расположением сопел по спирали // Ученые записки ЦАГИ. 1984. Т. XV. № 6. С. 35-42.

41. Аркадов Ю. К. Новые газовые эжекторы. М.: Физматлит, 2001. 336 с.

42. Шушин Н. А. Газовый эжектор с тангенциальным вдувом в камеру смешения // Ученые записки ЦАГИ, 2010, Т. XLI, № 3, С. 69 - 81.

43. Сыченков В.А., Панченко В.И., Халиулин Р.Р. Исследование коаксиального газового эжектора // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2014. № 2. С. 24 - 28.

44. Донец К.Г., Писарик М.Н., Рошак И.И. Оценка возможности использования насосно-эжекторных станций для сбора и транспорта нефтяного газа // Нефтепромысловое дело. 1978. №12. С. 28 - 30.

45. Цегельский В.Г., Ефимов А.В., Чернухин В.А. Применение эжектора в энергетических установках // Научно-технический прогресс в машиностроении и приборостроении: Тез. докл. Всесоюз. конф. М., 1980. С. 66.

46. PI AB. VACUUM CONVEYING / Catalog, Art. No. 0205507, Rev.00, Piab AB, 2015-05, 56 p.

47. PIAB. Products catalog, [Электронный ресурс]. URL: http://piab.com, (Дата обращения: 24.12.2024), 462 с.

48. PIAB. Products catalog, [Электронный ресурс]. URL: http://piab.com, (Дата обращения: 24.12.2024), 276 с.

49. PIAB. piFLOW catalog, [Электронный ресурс]. URL: http://piab.com, (Дата обращения: 24.12.2024), 10 с.

50. Миллионщиков М.Д., Рябинков Г.М. Газовые эжекторы больших скоростей // Сб. работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов / БНИ ЦАГИ. М., 1961. C. 5 - 32.

51. Шушин Н.А. О расчете газового эжектора // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 1999. № 3. С. 47 - 50.

52. Христианович С.А. О расчете эжектора // Промышленная аэродинамика / БНИ ЦАГИ. М., 1994. С. 3 - 17.

53. Цегельский В.Г., Харитонов Н.В. Способ сжатия и разделения газообразной углеводородсодержащей среды и насосно-эжекторная

установка для осуществления способа: Пат. 2182266 РФ; Бюл. изобрет. № 13, май 2002. С. 307 - 308.

54. Зингер Н.М. О расчете пароструйных эжекторов для вакуумных дегазаторов. «Теплоэнергетика». 1968, №2, С. 89 - 91.

55. Физика и техника вакуума. Изд-во Казанского университета, 1974. 456 с.

56. Письменный В.Л. Математическая модель звукового газового эжектора с цилиндрической камерой смешения в системе турбоэжекторного двигателя // Труды МАИ. 2003. № 12. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34456.

57. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений // Математическое моделирование. 2009. Т. 21. № 12. С. 103 - 121.

58. Робожев А.В. Методика расчета многоступенчатых пароструйных эжекторов. М. Изд. МЭИ, 1965, 71 с.

59. Zhu Y., Cai W., Wen C., Li Y. Numerical investigation of geometry parameters for design of high-performance ejectors. APlied Thermal Engineering, 2020. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2008.04.025.

60. J. Ren et al. Geometry dimension optimization of a liquid-gas vacuum ejector for MED-TVC system. Applied Thermal Engineering, vol. 214, p.118907, 2022. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2022.118907.

61. P. S. Rao, C. Moorthy, and V. Srinivas. Turbulence modeling and numerical analysis for the configuration of a supersonic air ejector. International Journal of Mechanical Engineering and Technology, vol. 8, no. 10, P. 130-139, 2017.

62. Tang, Z. Liu, Y. Li, Z. Huang, and K. J. Chua. Study on fundamental link between mixing efficiency and entrainment performance of a steam ejector. Energy, vol. 215, P. 119-128, 2021.

63. Z. Duan, L. Peng, T. Liu, S. Li, J. Zhang, and D. Zhu, "Numerical Simulation Study of Nozzle Structure of Liquid-Gas Ejector," Theoretical Foundations of Chemical Engineering, vol. 56, no. 6, P. 1204-1214, 2022.

64. Справочник по транспортирующим и погрузочно-разгрузочным машинам/ Ф.Г. Зуев, Н.А. Лотков, А.П. Полухин, А.В. Тантлевский. М.: Колос, 1983. 319 с.

65. Шапунов М.М., Коппель М.А. Установки для пневматического транспортирования цемента и других пылевидных материалов. Л.: ЛДНТП, 1971. 28 с.

66. Шапунов М.М., Коппель М.А. Пневматическое транспортированиесыпучих материалов. Л.: ЛДНТП, 1981. 29 с.

67. Клячко Л.С., Одельский Э.Х., Хрусталев Б.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов. Минск: Наука и техника, 1983. 216 с.

68. Комплексная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных работ на предприятиях пищевой промышленности: Справочное пособие / под ред. С.С. Ариеловича. Л.: Машиностроение, 1976. 288 с.

69. Коппель М.А., Шапунов М.М. Новые машины и оборудование для пневмотранспорта цемента. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1978. 56 с.

70. Майоров Ю.С., Шевякин В.Н., Вратский А.М. Вакуумно-нагнетательная установка для загрузки самолетов удобрениями. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1977, № 1, С. 38 - 39.

71. Вакуумная техника / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александров и др.; под ред. Е.С. Фролова. М.: Машиностроение, 1985. 359 с.

72. Кочин, Н. Е. Теоретическая гидромеханика. В 2 ч. Ч. II /Н. Е. Кочин, И. А. Кибель, Н. В. Розе. М.: Физматгиз, 1963. 728 с.

73. Софронов, В. Л. Расчет струйных аппаратов: учеб. пособие/ В. Л. Софронов, И. Ю. Русаков, Т. В. Ощепкова. Северск: СТИ НИЯУ МИФИ, 2011. 33 с.

74. Лыжин О.В., Искра А.Л. Упрощенное уравнение для степени сжатия эжектора // Труды ЦФГИ. 1961. Вып. 812. 3 с.

75. Лыжин О.В., Межиров И.И. Об осреднении полного давления неравномерного газового потока // ученые записки ЦАГИ. 1980. Т. 11, №3. С. 60 - 65.

76. Основы вакуумной техники/ Б.И. Королев, В. И. Кузнецов, А.И. Пипко, В. Я. Плисковский. М.: Энергия, 1975. 415 с.

77. Ларина Е.В., Ципенко А.В. Экспериментальные данные о потоке в газовом эжекторе для верификации моделей турбулентности // Труды МАИ. 2017. № 97. 17 с.

78. Лупов Н.С. Принцип работы эжектора // Омский научный вестник. Механика и Машиностроение. 2 с.

79. Демихов К. Е., Очков А. А. Определение оптимальных параметров проточной части турбомолекулярного вакуумного насоса // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2015. № 6 (105). С. 121129.

80. Разработка математической модели пневмогидравлической системы для перекачки жидкости / Ю.В. Кюрджиев, А.А. Очков, А.А. Даруткин [и др.] // Машиностроитель. 2016. № 4. С. 61-63.

81. Очков А. А., Демихов К. Е. Метод расчета оптимальной откачной характеристики турбомолекулярного вакуумного насоса с комбинированной проточной частью в широком диапазоне давлений // Будущее машиностроения России. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 618-620.

82. Демихов К. Е., Очков А. А. Определение эффективного диапазона давлений газа на стороне всасывания турбомолекулярного вакуумного насоса // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2016. № 5 (110). С. 89-95.

83. Очков А. А., Демихов К. Е. Особенности выбора форвакуумного насоса для турбомолекулярного вакуумного насоса, обеспечивающего требуемые параметры откачки // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2016. № 6 (111). С. 89-95.

84. Очков А. А. Разработка универсальной математической модели процесса откачки молекулярным вакуумным насосом, алгоритма и программы расчета оптимальных параметров проточной части

высоковакуумных механических насосов в требуемом диапазоне давлений: специальность 05.04.06 «Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Очков Андрей Андреевич. Москва, 2018. 101 с.

85. Черемушкин В. А. Разработка методики проектирования оптимальных проточных частей динамических насосов с двухдисковыми рабочими колесами для работы на высоковязких жидкостях: специальность 2.5.10 «Гидравлические машины, вакуумная, компрессорная техника, гидро- и пневмосистемы»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Черемушкин Вячеслав Андреевич. Москва, 2024. 147 с.

86. Очков А. А., Хамади М. И. Математическая модель процесса откачки газа многосопловым сверхзвуковым вакуумным эжектором. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. вып. №12, 2024, 19 с.

87. Мартыненко Я. В. Обоснование применения и выбор параметров газового эжектора в системах хранения сжиженного природного газа (СПГ): специальность 2.8.5 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Мартыненко Яна Владимировна. Санкт-Петербург, 2024. 112 с.

88. Любин, Е. А. Обоснование технологии улавливания паров нефти из резервуаров типа РВС с использованием насосно-эжекторной установки: специальность 25.00.19 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ»: диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук / Любин Евгений Анатольевич; Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова. - Санкт-Петербург, 2010. 185 с..

89. Рудаков А.И. Исследование эжекторных приставок жидкостно-кольцевых машин: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. / Рудаков А.И. Казанск. химико-технолог. ин-т. Казань, 1975. 19 с.

90. Мазурин Э.Б. Повышение эффективности поршневого вакуумного насоса системы МВТУ за счет применения эжекторной приставки: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. / Мазурин Э.Б. М., 1998. 16 с.

91. Исаев С.В. Процесс эжекции и смешения потоков газа в аппаратах циклонного типа: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.17.08 / Исаев С.В. Санкт-Петербург, 2013 г.

92. Инякин В. А. Численное моделирование течения газа в трехмерных эжекторных соплах: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Инякин В. А. М., 2005. 89 с.

93. Иванов Р.И. Повышение эффективности процесса смесеобразования в горелочных устройствах с использованием особенностей течения в вихревом прямоточном эжекторе: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 01.04.14 / Иванов Р.И. / Рыбинск. 2012.

94. Yadav S. et al. Computational analysis of a supersonic two-stage ejector. Materials today: proceedings. 2020. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.08.483.

95. Croquer S. et al. Compound-Choking theory for supersonic ejectors working with real gases. Energy. vol. 227. 2021. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120396.

96. Yadav, S.K., Pandey, K.M., Gupta, R. Recent advances on principles of working of ejectors: A review. Mater. Today Proc. 2021, 45, P. 62986305.

97. Grazzini, G., Milazzo, A., Mazzelli, F. Physics of the Ejectors. In Ejectors for Efficient Refrigeration: Design, APlications and Computational Fluid Dynamics. Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2018; P. 21-69.

98. Al-Manea, A., Saleh K. Supersonic steam ejectors: Comparison of dry and wet. J. Eng. Sci. Technol. 2022, 17, P. 1200-1212.

99. Experimental investigation of a novel variable geometry radial ejector / Al-Rbaihat R. et al. APl. Therm. Eng. 2023, 233, 121143. 23 p.

100. Experiments in supersonic gaseous ejector using 2D-PIV technique / Karthick S. et al. In 31st International Symposium on Shock Waves 2: APlications 31; Springer: Cham, Switzerland, 2019; P. 785-793.

101. Parametric experimental studies on mixing characteristics within a low area ratio rectangular supersonic gaseous ejector / Karthick S. et al. Phys. Fluids 2016, 28, 076101. DOI: 10.1063/1.4954669.

102. Васильев Ю.Н. Газовые эжекторы со сверхзвуковыми соплами // Сб. работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов / БНИ ЦАГИ. М., 1961. С. 41 - 47.

103. Межиров И.И. Расчет предельных режимов газового эжектора // Сб. работ по исследованию сверхзвуковых газовых эжекторов / БНИ ЦАГИ. М., 1961. С. 284 - 292.

104. Angelino, Gianfranco & Invernizzi, Costante. Thermodynamic optimization of ejector actuated refrigerating cycles. International Journal of Refrigeration-revue Internationale Du Froid - INT J REFRIG. 31. 453463. 2008. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2007.07.014.

105. M. Moghaddasi, M. K. Moraveji, and O. Alizadeh, "Optimization of two-phase ejector geometry used in flare gas recovery employing multi-objective genetic algorithm," Chemical Engineering Communications, P. 1-14, 2023.

106. Титов К. В., Очков А. А. Практическое применение численных методов: учебное пособие / Титов К.В., Очков А.А. МГТУ им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский ун-т). М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2023. 177 с.

107. Многосопловой газовый эжектор: пат. RU2750125C1 РФ / Мальков

B.М., Спасский Н.В., Чакчир С.Я., Емельянова А.В.; заявл. 26.12.2020; опубл. 22.06.2021.

108. Газовый эжектор: пат. RU2621924C9 РФ / Королев С.Д., Демьянюк

C.А., Меркушкин Е.В.; заявл. 21.03.2016; опубл. 08.06.2017.

109. Multi-stage vacuum ejector with moulded nozzle having integral valve elements: pat. GB2509184A UK / Tell P.; aPl. 21.12.2012; publ. 25.06.2014.

110. Pressure Control Device for Chamber Using Multi-Stage Nozzle Ejector: pat. KR 2002-0095832 A South Korea / Kang S., Eo S., Lee G.; aPl. 16.06.2001; publ. 28.12.2002. 6 p.

111. Многосопловой эжектор: пат. RU2019730C1 РФ / Болотов В.А., Вороновский В.Г., Серманов В.Н., Толстоухов Н.В., Филатов А.С., Харитонов В.Т., Зайнятулов И.И.; заявл. 30.06.1993; опубл. 15.09.1994.

112. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., Наука. 1976 г. 824 с.

113. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. 560 с.

114. Голобурдин А.И., Донат Е.В. Пневмотранспорт резиновой промышленности. М.: Химия, 1983. 160 с.

115. Дмитренко Л.П. Приборы контроля и регулирования уровня сыпучих материалов. М.: Энергия, 1978. 96 с.

116. Донин Л.С. Справочник по аспирации оборудования и пневмотранспорту в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность. 1972. 246 с.

117. Калинушкин М.П. Вакуумная пылеуборка. М.: Легкая индустрия, 1979. 62 с.

118. Очков А. А., Годорожа С. В., Хамади М. И. Исследование процесса пневмотранспорта гранул полиэтилена в поворотных коленах трубопровода // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2024. № 11. С. 79-88.

119. A.A. Ochkov, M.I. Hamadi, A.E. Vartanyan. Prospects of the pneumatic hemostatic powder delivery system use for surgical operations // AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2549, No. 1. P. 210017.

120. Alkassar, Y., V. K. Agarwal, N. Behera, M. G. Jones, and R. K. Pandey. Transient characteristics of fine powder flows within fluidized dense phase pneumatic conveying systems. Powder Technology. 2019. 343. P. 629-643.

121. Pneumatic Conveying / Meylan et al. ANZIAM Journal. 63. M6-M32. 2023. DOI: 10.21914/anziamj. v63.16615.

122. On developing improved modelling and scale-up procedures for pneumatic conveying of fine powders / Kaur B. et al. Powder Technol. 2017, 305. P. 270-278.

123. Klinzing, G.E. A review of pneumatic conveying status, advances and projections. Powder Technol. 2018, 333, P. 78-90.

124. Structural Design and Simulation of Pneumatic Conveying Line for a Paddy Side-Deep Fertilisation System / Sultan M. et al. Agriculture 2022, 12, p. 867.

125. Padua, T.F.; de Bettega, R.; Freire, J.T. Gas-Solid Flow Behavior in a Pneumatic Conveying System for Drying APlications: Coarse Particles Feeding with a Venturi Device. Adv. Chem. Eng. Sci. 2015, 05, P. 225238.

126. Shijo, J.S.; Behera, N. Performance prediction of pneumatic conveying of powders using artificial neural network method. Powder Technol. 2021, 388, P. 149-157.

127. Klinzing, G.E. A review of pneumatic conveying status, advances and projections. Powder Technology 2018, 33, P. 78-90.

128. Jones, M. G., and K. C. Williams. Predicting the mode of flow in pneumatic conveying systems - A review. Particuology. 2008. 6 (5). P. 289-300.

129. Breakage probability of granules during repeated loading / Russel A. et al. Powder Technology. 2015, 269, P. 541-547.

130. Коновалов П. Ю. Совершенствование пневматических систем пескоподачи локомотивов и улучшение их эксплуатационных показателей: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2023. 265 с.

131. Bohne Dirk. Conveying Systems. Building Services and Energy Efficient Buildings. 2023. P.557-582, DOI:10.1007/978-3-658-41273-9_7.

132. Hilgraf Peter. Basics of Pneumatic Conveying. Pneumatic Conveying. 2024. P.105-223, DOI: 10.1007/978-3-662-67223-5_4.

133. Малевич И.П., Матвеев А.И. Пневматический транспорт сыпучих строительных материалов. М.: Стройиздат, 1979. 143 с.

134. Смолдырев А.Е. Гидро- и пневмотранспорт. М.: Металлургия, 1975. 383 с.

135. Смолдырев А.Е., Тантлевский А.В. Пневматический транспорт штучных грузов. М.: Машиностроение, 1979. 158 с.

136. Пневмотранспортное оборудование: Справочник/ М.П. Калинушкин, М.А. Сераков, М.М. Шапунов; под общ. ред. М.П. Калинушкина. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986. 286 с.

137. Шапунов М.М., Коппель М.А., Соляев Ю.П. Комплексная механизация транспортирования цемента. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1981. 50 с.

138. Коузов, П.А. Методы определения физико-химических свойств промышленных пылей / П.А. Коузов, Л.Я. Скрябина. Л.: Химия, 1983. 143 с.

139. Степанов Н.В. Пневматический транспорт в плотной фазе // Труды ВНИИПТМАШ. 1968. Вып. 5 (85). С. 3 - 34.

140. Разумов И.М. Пневмо- и гидротранспорт в химической промышленности. М.: Химия, 1979. 248 с.

141. Snowdon B. Pneumatic conveying - scope for exploitation // Chartered Mech. Eng. 1980. № 7. P. 45 - 47.

142. Евстифеев В.Н. Трубопроводный транспорт пластичных и сыпучих материалов в строительстве. М.: Стройиздат, 1989. 248 с.

143. Device and system for pneumatic transport of material: pat. US9611106B2 / Tell P.; aPl. 01.01.2016; publ. 04.04.2017.

144. CFD modeling of condensation process of water vapor in supersonic flows / Yang, Y. et al. APl. Therm. Eng. 2017, 115, P. 1357-1362.

145. Large Eddy Simulation of a supersonic air ejector / Croquer, S. et al. APl. Therm. Eng. 2022, 209, 118177. DOI: 10.1016/j. applthermaleng.2022.118177.

146. Comparison of jet pump numerical calculation results in ansys and openfoam cfd packages / Klyuyev A.S. et al EDP Sci. 2021, 320, 04017. DOI: 10.1051/e3sconf/202132004017.

147. Design modification of two-dimensional supersonic ejector via the adjoint method / Samsam-Khayani H. et al. API. Therm. Eng. 2022, 200, 117674. DOI: 10.1016/j. aPlthermaleng.2021.117674.

148. Sampedro E.O. A new variable mixing chamber ejector: CFD assessment. Applied Thermal Engineering, vol. 208. P. 12. 2022. D0I:10.1016/j. applthermaleng.2022.118242.

149. CFD Analyses of Density Gradients under Conditions of Supersonic Flow at Low Pressures / Bayer, R. et al. Sensors 2024, 24, 5968. DOI: 10.3390/s24185968.

150. Effects of inflow Mach numbers on shock train dynamics and turbulence features in a back pressured supersonic channel flow / Yuan T.-F. et al. Phys. Fluids 2024, 36, 026126. D0I:10.1063/5.0187688.

151. Afkhami, S.; Fouladi, N. Gas dynamics at starting and terminating phase of a supersonic exhaust diffuser with a conical nozzle. Phys. Fluids 2024, 36, 036123. D0I:10.1063/5.0197296.

152. Flow structure and parameter evaluation of conical convergent-divergent nozzle supersonic jet flows / Xiao L. et al. Phys. Fluids 2023, 35, 066109. D0I:10.1063/5.0151556.

153. Ansys Fluent Theory Guide. Available online: www.ansys.com (accessed on 21 October 2022).

154. A. Kudryavtsev et al. Numerical simulation of aerodynamic focusing of particles in supersonic micronozzles. Int. J. Multiph. Flow. 2019. DOI: 10.1016/j.

155. Modeling and simulation of supersonic nozzle gas jet laden with polydisperse fire supressant particles injected from a bypass injector / Lite Zhang et al. Chemical Engineering Science, Volume 280, 2023, 118983. DOI:10.1016/j.ces.2023.118983.

156. Maxova A., Sabacka P., Jin Maxa. Comparison of the Ansys Fluent System Solvers for the Possibility of Supersonic Flow Solving at the Low Pressures. ECS Transactions. 2019. Vol. 95. № 1. P. 475.

157. Zore K., Ozcer I., Munholand, L., Stokes J. ANSYS CFD Simulations of Supersonic and Hypersonic Flows. Conference: 6th National Symposium on Shock Waves - IITM (NSSW- 2020). 2020. P.12.

158. ANSYS FLUENT user's guide. Software release version 2021R2. 2021.

Приложение

П1. Программа расчета быстроты действия многосоплового сверхзвукового вакуумного эжектора

Исходные параметры:

Рабочий и эжектируемый газы: воздух

Полное давление активного газа на входе:

РА0 := 10 • 105 Па - Полное давление

N := 5

-1 ' ППЮРП ^

сопел *'

Тип эжектора: сверхзвуковой с цилиндрической камерой смешения

Диаметр входа рабочего газа

ВА() := 50

мм

Определение диаметра входа в сопла

к

стенки "

:= 1 • 10-3

м

Диаметр входа эжектируемого газа

ОЭ0 := 100 мм

Диаметр камеры смешения

dR■r := 35 • 10

-3

м

= 9.621. 10

-4

м

2

Параметры газов, которые считаем известными:

Полные давления газов на входе в соответствующие сечения эжектора

РА0 := 10 • 105 Па РЭ0 := 0.8 • 105 Па ХЭ„п ••= 0

Э0'

аЭп0•

ТЭполн : 293 К

кр

асопла : 3 0

Рсопла : 10

Ратм: 10

кА := 1.41

Определение параметров сверхзвукового сопла

РА0 := 10 • 10 - Полное давление

Тао := 300

Г := 0.12

11=^р •Г

ПЭ : кА

пА := кА = 1.41

Я := 286.9

Г

kA + 1

( 2 ) 2-{kA-1) ikA

B _I I — = 0.041

1 kA+1) Vr

d _ DA0 * 10 hcmенки * (^сошел 1)

1 _ N

сотл

dKp (асошО) _ —-d-— мм

(1 + r • tan (асоШа * deg))

aKp _ 18.3 .фТАн0 = 316.965

TKp _ 0.8333 • TA0 = 249.99

pKp _PA0• 0.5283 = 5.283 • 105

dKp (acoma) = 0.009

l1чеpmеж _ r * dкp(aconлa) 0.001

2

S ( )_ п • dкp(ac

^^ \^соплс1) _

ркп _ Pp = 7.366 p R• T

= 5.814 •10"

^ \ œnnat

Расчёт критического сечения

^ ( )__П • (—сопла)

^кр (—сопла)

^кр (—сопла) = 5.814 • 10-5

( ) : —кр (асошО) • В *—А0

(асопла) : .

ткр(а

ткр (асопл0) = 0.136 — - массовый расход

СА :: ткр (асопла) = °.136 Nсопел • °А = °.68

Расчёт сужающейся обечайки

11 (асоплО) :: Г • ^р (асоплО) 11 (асоплО) = 0.001

2 5 :п= 6.648 • 10-5

Расчёт для входного сечения

( ) :_ ^кр (асопла)

(асопла) : ~

4 (асоша)= 0 875

Для 41 находим по таблице к1

, -.а, (асо„„а) — 0.86231

к1 1 ■■ 0.66 + (0.02) - —1 ( согша'-= 0.676

' 0.87778 — 0.86231

т1 ■■ 1 — Шр^ = 0.924

Т1,1 '■= Т1,1 - ТА0 = 277.158

Р1,1 ■= Т1,135 - Рао = 7.579 -105

V, 1 ■=к, 1 - акр = 214.238

а1щ 1 ■= 20.05 - л/ТЦ = 333.793

р1 ! ■= Р— = 9.532

' я - Т1ш 1

V11

М1,1 ■■—= 0.642

а

1 1

Расчёт выходного сечения

Р2 ■ Ратм = 1 - 105

1

3.5

т2 ■I—— I = 0.518 2 (Рао)

^2 ^6. (1-Т2) = 1.701

q2 :_ 1.577. Я2. т2 25 = 0.518

s { ) :_ SKp i^corma)

S2 iacowia) :--

q2

S2{acorna) = 1.123 • 10-

FÄ1 : NconeM ' S2 iaconna)

F3i _Fkc -FÄI = 4.007. 10-4

, { ) ~ . S2 {acoma) d2 {acoma) _ 2 ' V-^-

d2{acoma)= 0.012

lia )__-P i—comp dKp Pacon

, I ßcoma '

2 • tan I-

l2Íacorna)= 0.019

T2 :_ Täo .T2 = 155.384

4

^2 ■ ^2 - акр = 539.057

а2 ■

■ 20.05 -\[¥2 = 249.93

Р2

р2 ■■—1—=2.243

я - Т2

МА2 — = 2.157

а2

Т2торм ■ (1 + Р—Р -М421 - Т2 = 224.088

Определение быстроты действия эжектора Параметры рабочего газа (за сверхзвуковым соплом)

Параметры эжектируемого газа

Коэффициент потерь давления эжектируемого газа при движении от входного сечения к сечению 1-1:

Vп ■■1

Определение параметров газов в сечении запирания

Считаем, что эжектируемый газ в сечении запирания достигает скорости звука (кЭ4 = 1), тогда

(9 ) Пэ — 1

—— I Рэ1 ■ Рэо - = 8 -104 Па

Пэ + 1 )

Рэ1

а — 0.714 в ■■ 1

РА1

■^сопел - 3.14 - ((¿2(асоша)+ 0.001) — й2(

асопла)

3 ■■-4-= 0.102

П

1 + а кА1- £(кА15 Па) , , и ) (

1Т~шр = ш-/1-)ш + а - кЭ1- е(кЭ1, Пэ)-\

1 — 8 кА4 - £ (кА4 5 Па) (

ПЭ + 1

Р

+

Р—1-————Р— -(* {кЭ1, Пэ)— 2) —и {кА4, Па) «Л ^ 0 РА1полн А1 - С ( А1 , ПА) \— ^ (кА1 , па) )

(1 +а)- 8 -Рэ—лн- п(кЭ 1 —э) (1 — 8)- РА1полн - С(кА1 5 ПА)

Найдём численное решение

а = 0.714

8 = 0.102

кА1 ■■ к2 = 1.701

Р

Р2

А1полн

п (кА1 5 Па)

= 1.027 - 106

РЭ1 = 8 -104

П-, — 1

3

а

I

ш

к

Ю С

ш

а ■■ 0.714

8 ■■ 0.102

РашОЛН ■■ 1.027 - 106 РЭ1 ■ 8 -104

кА1 ■ 1.701

кэ1 ■ 0.1

А4

1.2

пэ ■ 1.41

ПА ■■ 1.41

P

Э1

пэ — 1 2

1 —-- ' ХЭ1

. Пэ + 1

P

А1полн

'1э1 '

пэ — 1 2

1 —-- ' ХЭ1

. Пэ + 1

J = G

Па — l

Xai 'Il

Па — 1 Па + l

ла1

Хэ1 +-— 2|

1Э1

XA4 + --

яа4

Xai +-1

ла1 ,

(1+а).S'

P

Э1

l - nd. X

, Пэ + l

Пэ — l

Э1

I

ш т s

I

го

О

+

1 — * Хэ11

. Пэ + 1

(l — S)' PA1nолн 'Í1 — -A-1 ' XA1J

{ «A + 1

Па — l

1 + а 1 — S

Xai 'Il —

Па— 1 , J

Па + l

A1

пэ — l

- + а • Хэ1 -Il

пэ — 1 пэ + 1

э1

пэ — l

ПЭ + 1

XA4 'I 1 —

ПА — 1 Па + 1

A4

LA4 ■