Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Если же скорость газа на входе в канал больше скорости звука (с/а)1), то диффузор должен суживаться (<(Еч. О) рй(ч( т (!и<>!(( « ,< и< (! ч( ни < !(ИМ<>(П! х> 6 ". ди х( '<,мыь< Истечение без трения. Гак как водяной пвр не является идеальным газом, 49 сг гт/ Рвс. 5.б. Дросселвроввнне рабочего тела в пористой перегородке тальпии в сечениях ! и П.
Если скорости потока до и после пористой перегородки достаточно малы, так что се ~†(-О, то Л~ =Лх Итак, при адиабатнам дросселировании рабочего тела его энтальпия остается постоянной, давление падает, объем увеличивается. Выясним теперь, как изменяется в процессе адиабатного дросселирования температура. Поскольку Л=и+ро, то из равенгтна Л, =Л, получаем, что о~+ран~ их+рвом или н| ох = рвет — р~ и ~ Для идеальных газов в соответствии с (2.32) Лх — Л, =с„(П вЂ” О), поэтому в результате дросселирования температура идеального газа остается постоянной, вследствие чего и| = их и р~о~ =ртом При дросселироаании реального газа температура меняется (эффект Джоуля -- Томсона). Как показывает опыт, знак изменения температуры (г(Т/г/р)х для одного и того же вещества может быть положительным ((г)Т/Нр)х)О, газ при дросселировании охлаждается) и отрицательным ((дТ/г(р)х(О, газ нагревается) н различных областях состоянии.
Состояние газа, в котором (г(Т/г/р)х = О, называется т о ч к о й и на е р с и и эффекта Джоуля — Томсона, а температура, при которой эффект меняет знак,— температурой инв е р с и и. Для водорода она равна — 57'С, для гелия составляет — 239 С (прн атмосферном давлении). Адиабатное дросселирование используется в технике получении низких температур (ниже температуры инверсии) и ожнжения газов. Естественно, что до температуры инверсии газ нужно охладить каким-то другим способом.
На рис. 5,7 условно показано изменение параметров при дросселировании Рис. 5.7. Дросселироваиие идеального газа (а) и водяного пара (б) идеального газа и водяного пара. Условность изображения состоит в том, что неравновесные состояния нельзя изобразить на диаграмме, т. е. можно изобразить только начальную и конечную точни. При дросселироваиии идеального газа (рис. 5.7, а) температура, кан уже говорилось, не меняется Иэ Л,з.диаграммы видна, что при адиабатном дросселироаании кипящей воды она превращается во влажный пар (процесс 3 — 4), причем чем больше падает давление, тем больше снижается температура пара и увеличивается степень его сухости.
При дросселировании пара высокого давлении и небольшого перегрева (процесс 5 — б) пар сначала переходит в сухой насыщенный, затем во влажный, потом снова в сухой насьпценный и опять в перегретый, причем температура его в итоге также уменьшается. Дросселирование является типичным неравновесным процессом, в результате которого энтропия рабочего тела возрастает без подвода теплоты. Как и всякий неравновесный процесс, дросселирование приводит к потере располагаемой работы.
В этом легко убедитьсн на примере парового двигателя. Для получения с его помощью технической работы мы располагаем паром с параметрами р~ и О. Давление за двигателем равно р, (если пар выбрасывается в атмосферу, р,=о,( Мпа). В идеальном случае расширение пара в двигателе является адиабатным и изображается в Л,з-диаграмме вертикальной линией /-2 между изобарами р, (в нашем примере 10 МПа) и рт (О,! МПа). В соответствии с (5.6) совершаемая двигателем техническая работа равна разности энтальпий рабочего тела до и после двигателя 1„„=6~ — йг. На рис. 5.7, б эта работа изображаешься отрезком 1-2. Если пар предварительно дроссели.
руется а задвижке, например, до ! МПв, то состояние его перед двигателем характеризуется уже точкой !'. Расширение пара в двигателе пойдет при этом по прямой !'-2'. В результате техническая работа двигателя, изображаемая отрезком !'-2', уменьшается. Чем сильнее дросселирустся нар, тем большая доля располагасмого теплопереоада, изображаемого отрезком !-2, безвозвратно те. ряется. При дросселировании до давления рь равного в нашем случае О, ! МПа (точка !"), пар вовсе теряет возможность совершить работу, ибо до двигателя он имеет такое же давление, как и после него. Дросселирование иногда используют для регулирования (уменьшения) мощности тепловых двигателей. Конечно, такое регулирование неэкономично, так как часть работы безвозвратно теряется, но оно иногда применяется вследствие своей простоты. ..
В. 3!.!тМОДИНДВтИЧЕСКЦВ ДНДЛИ ! ОРОцьссыв В кюьтгЗРРссОРАх !2 Ркс 5 8. Индикаторная диаграмма кдсальиогю по!ннкевого компрессора ный клапан закрынается, и все процессы повторяются Индикаторную диаграмму не следует смешивать с р,о-диаграммой, которая строится для постоянного количества вещества. В индикаторной диаграмме ли.
нии всасывания 4-! и нагнетания 2-3 не изображают термодинамические процессы, так как состояние рабочего тела в них остается постоянным — меняется только его количество. На сжатие и перемещение ! кг газа затрачивается работа ( — 1„,!, которую производит двигатель, вращающий вал компрессора. Обозначим се через 1„(!.=— = — — г„,!.
Из (5.8! следует, что Процессы сжатия в идеальном компрессоре. К о м п р е с с о р о м называ. ется устройство, предназначенное для смшгия и перемещенин газов. Принцип действия поршневого ком. прсссора таина (рис. 5.8): при движении поршня сяева направо давление в цилиндре становится меньше давления рь открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Всасывание изображается на индикаторной д и а г р а м м е линией 4-!.
При обратном движении по!поня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1-2. Давление в цилиндре увели. чивастся до тех пор, пока не станет больше рь Нагнетательныи клапан открывается, и газ выталю кается поршнем в сеть (линия 2-3). Затем пагнстатель- !г= ~ одР. (5.28) Рис. 59. Сравнение работы адиабатиого, изо- термического и политронного сжатия На индикаторной диаграмме („ изображается плошадью 4-3-2-!.
Техническая работа, затрачиваемая а компрессоре, зависит от характера процесса сжатия. Нв рис. 5.9 изображены изотермический (и=1), адиабатиый (л=л) и политропиый пропессы сжатия. Сжатие по изогерме дает наименьшую площадь, т е, происходит с наименьшей затратой работы, следовательно, применение язотермического сжатия в компрессоре яаляетси знергегическн наибо. лее выгодным. Чтобы приблизить пропесс сжатия к изотермическому, необходимо отводить от сжимаемого в компрессоре газа теп. лоту. Это достигается путем охлаждения наружной поверхности нилиидра в»дой, подаваемой в рубашку, образуемую полыми стенками иилиидра. Однако практически сжатие газа осу>цествляется по политропе с показателем п=1,!8 —:1,2, поскольку достичь значения и =! не удается Работа, затрачиваемая на привод идеального компрессора, все процессы в котором равновесны, вычисляется по соотношению (5.28).
Считая газ идеальным ', из уравнения политропы (4.22) получаем и =(р>/р)»" и, и (5.29) Если обозначить расход газа в компрессоре через т, кг/с, го теоретическап мощность привода компрессора определится из уравнения 1>>и =я — -- р,п, (5,80) Многоступенчатое сжатие. Для получения газа выс»кого давления применяют многоступенчатые компрессоры (рис. 5.10), в которых процесс сжатии осу>цествляется в нескольких последова- теории комиргссориых чишки, обл >- Лахипаи прнхтичгски пригмлгмои гочноспх>, осионывастсн пн термодинамике идсмьн»го газа. Например, расче> но>душных компрессоров нв давление до !О Ы11а по уравнениям идеального гизи дает погрешиос>ь около 2 ",4.
Рис Б ! О. Схема многое> упеичатого компрессора. !О . г»нгнп кюнн, >. 2 чрччгх» ыни >члщнлкиихи д д7 ь т -" - ч Ра д> а) Рис Б !1. Индикаторкаи анаграмма трехюупеичатого компрессора (а) и изображение процесса сжатии в Т, мдиаграмме (6) тельно соединенных пилиндрах с промежуточным охлаждением газа после каждого сжатия.
Индикаторная диаграмма трехступенчатого компрессора изображена иа рис. 5.1!. В первой ступени компрессора газ сжимается по политропе до давления ди, затем он поступает в промежуточный холодильник 1, где охлаждается до начальной температуры Ть Сопротивление холодильника по воздушному тракту с целью экономии энергии, расходуемой на сжатие, делают небольшим. Это позволяет считать процесс охлаждения газа изобарным. После холодильника газ поступает во вторую ступень и сжимается по политропе до р,ц, затем охлаждается до температуры Т~ в холодильнике 2 и поступает в пилиндр третьей ступени, где сжимается до давления рь Если бы процесс сжатия осуществлялся по изотерме 1-3-5-7, то работа сжатия была бы минимальна. При сжатии в одноступенчатом ком>>росси>ре по линни ! — 9 величина работы определялась бы площадью 01-1-9-3. Работа трехступенчатого компрессора определяется плошадью 0-1-2-3-4-5-605 Заштрихован- ная площадь показывает уменьшение затрат работы от применения трехступенчатого сжатия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
