Инжекция

ИНЖЕКЦИЯ (а. injection; н. Injection, Einspritzung; ф. injection; и. inyeccion) — процесс непрерывного смешения двух потоков веществ и передачи энергии инжектирующего (рабочего) потока инжектируемому с целью его нагнетания в различные аппараты, резервуары и трубопроводы. Смешиваемые потоки могут находиться в газовой, паровой и жидкой фазах и быть равнофазными, разнофазными и изменяющейся фазности (например, пароводяные). Применяемые для инжекции струйные аппараты (насосы) называются инжекторами. Явление инжекции известно с 16 в. С начала 19 в. процесс инжекции получил промышленное использование для усиления тяги в дымовых трубах паровозов.

Основы теории инжекции были заложены в работах немецкого учёного Г. Цейнера и английского учёного У. Дж. М. Ранкина в 70-е гг. 19 в. В СССР, начиная с 1918, значительный вклад в развитие теории и практики инжекции внесли А. Я. Милович, Н. И. Гальперин С. А. Христианович, Е. Я. Соколов, П. Н. Каменев и др. Смешение рабочего и инжектируемого потоков с разными скоростями сопровождается значительной потерей кинетической энергии на удар и превращением её в тепловую, выравниванием скоростей, повышением давления инжектируемого потока. Инжекция описывается законами сохранения энергии, массы и импульсов. При этом потеря энергии на удар пропорциональна квадрату разности скоростей потоков в начале смешения. При необходимости быстрого и тщательного перемешивания двух однородных сред массовая скорость рабочего потока должна превышать массовую скорость инжектируемого в 2-3 раза. В некоторых случаях при инжекции наряду с гидродинамическим происходит и термический процесс с передачей рабочим потоком инжектируемому тепловой энергии, например при нагревании жидкостей паром с интенсивным перемешиванием сред — жидкости и конденсата.

Принцип инжекции заключается в том, что давление Р1 и средняя линейная скорость и1 инжектирующего (рабочего) потока газа или жидкости, движущегося по трубе, в суженном сечении меняются. Скорость потока возрастает (и2>и1), давление (Р2<Р1) падает, т.е. рост кинетической энергии потока сопровождается уменьшением его потенциальной энергии. При падении давления Р2 ниже давления Р0 в суженную часть трубы засасывается инжектируемая среда, которая за счёт поверхностного трения увлекается рабочим потоком и смешивается с ним. При дальнейшем движении смеси по трубе с расширяющимся сечением уменьшение скорости потока до 3 и его кинетической энергии сопровождается нарастанием потенциальной энергии и давления до величины Р3, причём Р2<Р0<Р3<Р1. Таким образом, в результате инжекционное давление инжектируемой среды возрастает от Р0 до Р3 за счёт падения давления рабочего потока от Р1 до Р3, а давление смешанного потока приобретает промежуточное значение.

При инжекции с изменяющейся фазностью сред, например с конденсацией рабочего пара от соприкосновения с холодной инжектируемой жидкостью, можно создавать давление смешанного потока, превышающее давление рабочего потока. В этом случае работа, затрачиваемая на инжекцию, совершается не только энергией струи, но и внешним давлением при сокращении объёма конденсирующегося рабочего пара, а также за счёт превращения его тепловой энергии в потенциальную энергию смешанного потока. По сравнению с механическими способами смешивания, нагревания, сжатия и нагнетания различных сред инжекция отличается простотой, однако требует в 2-3 раза больших затрат энергии. О применении инжекции см. в статье Инжектор.