Истечение газов и паров

Для преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую,(сопла турбин, реактивных двигателей, и т.д.) или кинетической энергии в потенциальную (насадки ТК, приборы в которых происходит сжатие газа и т.д.) служат всевозможные (насадки, сопла) переменного сечения для истечения потока газа или пара.

Различают: насадки:

- суживающие (конфузорные) – в которых сечение уменьшается к выходу.


F 0

- расширяющие (дифузорные) – в которых сечение увеличивается к выходу

F 0


- совмещенные (конфузор – дифузорные) в которых переход от одной формы к другой осуществляется через наименьшее сечение.


F = 0

Т.к. насадки короткие, а скорость потока достаточно большая, то можно считать, что теплообмен в этих сечениях отсутствует (т.е. процесс истечения является адиабатным.

При изучении процессов истечения необходимо определить:

- внешнюю работу;

- располагаемую работу.

Внешняя работа – это работа затраченная на перемещение массы газа в потоке.

Располагаемая работа – это приращение кинетической энергии которую можно использовать в машинах и превращать в другие виды энергии.(механическую, электрическую и т.д.).


Для определения внешней работы необходимо знать термодинамический процесс истечения.

Рассмотрим пример истечения газа по каналу переменного сечения. Рис.5.

Рис.5. Схема канала переменного сечения и изменения

давления – Р и силы –РА по длине канала - h

При стационарном режиме течения для любых поперечных сечений массовый расход газа (пара) описывается уравнением неразрывности

mг = А = = const (23)

где: А – площадь сечения, - скорость, - плотность, V - удельный объем.

Движение элементарной массы газа - dm по каналу из сечения 1 до сечения 2 (см рис. ) осуществляется из-за разности давления Р1 Р2

В сечении (1) на элементарную массу газа dm действуют:

-слева давление Р1 с силой Р1·А под действием которой dm движется.

-справа сила сопротивления Р2·А.

Зная форму канала, т.е. изменение сечения (А) по длине канала (h) - А = f (h)

и изменения давления по длине канала h- P = f (h)

можно построить кривую изменения силы по длине канала PA = f (h)

площадь под этой кривой будет равна работе Р h .

Площадь a1' a1 a2 a2' – характеризует отрицательную работу приложенную из вне для перемещения газ.

Площадь b1' b1 b2 b2' – положительная работа перемещающая поток (после преодоления сил сопротивления. Разность этих работ представляет внешнюю работу при истечении - l ист .



Т.к

А· (a1' a1 a2 a2') - А·(b1' b1 b2 b2' )=А·(а1' a1 b1b1') – A·(a2' a2 b2 b2') = P1· A1 ·dh1 – P2 ·A2· dh2

т.к. А1 ·dh1 = dV1 и A2 ·dh2 = dV2 элементарные объемы

т.о. внешняя работа по перемещению элементарной массы газа при истечении равна

dm l ист = Р2·dV2 – P1· dV1 (24)

Полная работа расширения газа - dl расходуется внешнюю работу истечения , на приращение внешней кинетической энергии и совершение технической работы по перемещению канала по которому течет газ. Т.е.

dl = dl ист + 0,5 d 2 + dlтех. (25)

d 2 – приращение кинетической энергии.

dlтех – техническая работа .

Сумма приращения кинетической энергии и технической работы представляют собой располагаемую работу. Т.е

dl0 = 0,5 d 2 + dlтех.

Если канал, по которому течет газ стационарный dlтех. = 0 то

dl0 = 0,5 d 2 тогда работа расширения

dl = dlист + dl0 или

dl0 = dl - dlист = Р·dV – P·dV – V·dP = -V·dP

т.е. располагаемая работа( скорость истечения) может увеличиваться только в условиях падения давления по каналу dP 0 .

для: - изохорного процесса dl0 = - V·dP, l0 = (Р0 – Р2) ·V

- изобарного процесса dP = 0 dl0 = 0

- изотермического процесса l0 = Р1V1 ln

- адиабатный процесс dl0 = dg – di

- политропный процесс dl0 = n·dl

n – показатель политропы

l – работа расширения


6627279697257106.html
6627322448897375.html
    PR.RU™