ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Истечение газов и паров из "Техническая термодинамика и теплопередача " Во многих областях инженерной деятельности широко применяются машины и аппараты, в которых рабочее тело находится в непрерывном движении (потоке). При этом вещество поступает в одном месте системы с определенной скоростью и параметрами р1, У1, Т1, а в другом — удаляется со скоростью Ша и параметрами р , Иа, Та- Примером таких систем могут служить участок канала переменного сечения, паровые и газовые турбины, компрессоры, паровые котлы и другие теплообменные устройства. [c.83] Истечением называется ускоренное движение рабочего тела по относительно коротким каналам особой формы — сопламс падением давления в них. Каналы, в которых скорость движения рабочего тела уменьшается, а давление увеличивается, называются диффузорами. Сопла и диффузоры бывают суживающимися и раевлиряющи-мися. [c.84] Поскольку сопла представляют собой короткие каналы и время пребывания потока в них незначительное, теплообменом между стенками канала можно пренебречь и истечение считать адиабатным (q = 0). Далее будем рассматривать только неподвижные каналы = 0). [c.84] В задачу термодинамического анализа истечения входит определение скорости и расхода газа на выходе из сопла, а также площади выходного сечения и профиля (формы) сопла. [c.84] Разность — Ла = Ло называется удельным располагаемым теп-мперепадом. Для водяного пара его удобно определять по h — s-диаграмме (рис. 5.3), где прямая 1-2 изображает процесс адиабатного истечения. [c.84] Если к потоку вещества подводится (или отводится) удельная теплота, то в общем случае она расходуется на изменение удельных энтальпии, кинетической и потенциальной энергии вещества, а также на выполнение удельной технической работы. [c.85] ЖИДКОСТИ проходит через начало координат, так как при = О Q удельные энтропия и энтальпия жидкости считаются равными нулю. [c.86] Затем наносят изобары, которые в области насыщенного пара, будучи одновременно и изотермами, являются прямыми линиями поскольку на /г — s-диаграмме угловой коэффициент изобары dh/ds = T dslds = Гд = onst, т. е. в области влажного пара является постоянной величиной. Так как при повышении давления температура насыщения пара увеличивается, то угол наклона изобар в области насыщенного пара также возрастает, т. е. изобары между пограничными кривыми становятся расходящимися прямыми. [c.86] Анализ выражений (1.176) и (1.177) показывает, что для данного газа и заданных р , о скорость адиабатного истечения и секундный расход газа зависят только от отношения давлений р Рг = Р- Графики этих зависимостей изображены на рис. 5.4, где кривая к-1-0 построена по формуле (1.177). Как следует из рис. 5.4, а, секундный расход (кривая Р-/) увеличивается с уменьшением давления газа р (начальное давление ру считаем постоянным) до некоторого максимума Штах В точке I, после чего расход уменьшается (кривая 1-0) и становится равным нулю при ра = 0 (Р = 0). [c.87] Из физики известно, что изменение давления (упругая деформация) распространяется в среде со скоростью звука Озв- Поэтому уменьшение давления среды за соплом Рз передается до его устья со скоростью звука Азв- До тех пор, пока скорость истечения среды будет меньше скорости звука, уменьшение внешнего давления среды достигает устья сопла, где устанавливается давление рз = ркр. Но как только скорость среды достигает скорости звука, никакое уменьшение давления окружающей среды к устью сопла передаваться не может (оно как бы сносится средой, имеющей ту же скорость). Начиная с этого момента, дальнейшее понижение давления в пространстве за соплом не изменяет установившегося в устье сопла давления Р 2кр, скорости пУ2кр и максимального секундного расхода Шщах среды. Вследствие этого скорость Шз и расход ш среды остаются постоянными. [c.88] Давление рз и скорость Шз, при которых устанавливается максимальный секундный расход среды, называется критическими (р2кр, 2кр)- Очевидно, критическая скорость истечения равна скорости распространения звука в вытекающей среде. На этом основании часто критическую скорость среды называют звуковой. [c.88] При ориентировочных расчетах в случае двухатомных газов к — 1, 4) Ркр = 0,529, а в случае многоатомных газов и перегретого пара (к = , 3) Р р = 0,546. [c.88] Зависимость профиля сопла от скорости среды (взаимосвязь между площадью сечения канала и скоростью истечения) устанавливается уравнением постоянства расхода — неразрывности (1.165). При течении несжимаемой жидкости (например, воды, нефти), когда о — onst, сечение сопла и скорость истечения связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью. [c.88] Значительно сложнее происходит течение сжимаемого газа. В этом случае сечение сопла (профиль) при данном секундном расходе газа m определяется характером изменения не только его скорости W, но и удельного объема V, который изменяется по адиабате (рис. 5.4, б). [c.88] Следовательно, если газ с начальными параметрами pi, истекает в среду с давлением р р2кр и требуется получить Шкр, то сопло должно сначала суживаться, а затем расширяться к выходу, как показано на рис. 5.5, а. [c.89] В таком комбинированном сопле, называемом по имени его изобретателя соплом Лаваля, в самом узком сечении всегда устанавливаются критическая скорость Шгкр и максимальный расход т ах потока (рис. 5.5, б). Далее, в расширяющейся части, при постоянном расходе Штах скорость потока увеличивается до значения Щ2кр, определяемого выражением (1.176). [c.89] Изменение давления потока от р2кр до заданного давления р в случае суживающегося сопла происходит за соплом неорганизованно, с большим завихрением и потерями кинетической энергии. Следовательно, для рационального использования энергии потока при условии, что Рг/рх ркр, целесообразно применять сопло Лаваля. [c.89] Следовательно, действительный, полезно использованный, удельный теплоперепад Лд будет меньше Hq на величину h , т. е. [c.90] Вернуться к основной статье