Термодинамика Бурдаков В.П., Дзюбенко Б.В., Меснянкин С.Ю., Михайлова Т.В. (1013734), страница 43
Текст из файла (страница 43)
р, 80 Это отношение р < () = 0,528, т. е. расширение газа в сопле будет неполным и давление на срезе сопла р„=- ()„вр, = 0,528 ° 80 = 42,24 бар. 2Ф кв 1,4 + 1 = 652,9 мг'с, где Т, = т, + 273 = 1273 К. ,г При этом расход воздуха будет равен максимальному расходу." главк 72 = 0,7114 —. = 0 785 ° 10-4 2?6 г' В этом случае скорость истечения равна критической скорости: Задачи и их решение 5.
Рассчитать с помощью паровой Ьэ-диаграммы скорость истечения водяного пара через сопло Лаваля, если параметры пара в сосуде: р =5бар, ~ =450'С, а температура на выходе из сопла йа = 30 'С. Решение, Г Определяем энтальпию Ь и энтропию з, на входе в сопло, как точка пересечения изобары р, = 5 бар = 0,5 МПа и изотермы ~ = 450'С в области перегретого пара(точка 1): Ь, = 3380 кДж/кг = 3 380 000 Дж/кг, э, = 7,95 кДж/(кг К). / Процесс истечения адиабатный (изоэнтропный), т. е. на выходе из сопла энтропия ээ = э, = 7,95 кДж/(кг.
К). Пересечение линии процесса э = сопз$ с изотермой 8а = = 30 'С (точка 2) определяет энтальпию на выходе из сопла: Ь = 2395 кДж/кг= 2 395 000 Дж/кг. / Определяем скорость истечения л(г — Й ) - 2(3380 10 — 2395 10 ) =1404 / 6. Определить время, имеющееся в распоряжении экипажа космического корабля для проведения аварийных работ, если корабль с объемом дыхательной смеси — воздуха с Ь = 1,4 и Я = 287,1 Дж/(кг ° К) в жилом отсеке Г„,„= 10 мз при р„,„= 1 бар получил метеоритную пробоину диаметром д = 0,01 м. Жизнедеятельность человека возможна до ршш = 0,75 бар. Температуру считать постоянной ~= 18'С. Решение. Г Так как перепад давлений всегда сверхкритический, то при решении задачи необходимо пользоваться формулами для и>, и т, .
Однако из-за падения начального давления, кото- 279 Глава 9. Термодинамика потоков жидкости и газа рое будет соответствовать давлению торможения от р' = 1 бар до р„ал — — 0,75 бар, т „„будет переменным. Разбиение рас- чета по шагам Лр' было бы наиболее верным, но такой расчет долог. Предлагается выполнить оценочный расчет по т,„, соответствующему р' = 1 бар, и по т,а при р" гл = 0,75 бар, взяв искомое время как среднеарифметическое. г' Итак, определяем критическую скорость истечения щ = 2 — ??Т й кр ?к .~- 1 = 312,7 м/с.
Из уравнения состояния для идеального газа рЪ' = тЯТ определяем массу начального и конечного воздуха в корабле: РкккТ 10В 10 ~T 287,1 . 291,15 11,69 кг, Р мг, и 0,75 ' 10 ' 10 ВТ 287,1 ° 291,15 г Определяем массу воздуха, которая утечет Лт = т„„„— т„„= 11,69 — 8,76 = 2,93 кг.
Определяем максимальный расход воздуха, соответствующий сверхкритическому режиму истечения при начальном давлении р* = 1 бар: 3,14 10 к 4 2 ,4 +1~ = 18,1 10 з кг/с. ,/ Время, имеющееся у экипажа при таком расходе, Лт 2,93 — з = 161,9 с = 2,7 мин. т„, 18 1 . 10-з 280 Задачи и их решение и' Определяем секундный расход при минимальном давлении р .„ 2 814 10 ч 1 14 (О?5.10з)г ? 2;ьч-х 4 7 1,4 ч 1 287,1 291,1511,4 ч 1) = 13,5 ° 10 з кг/с.
Время, имеющееся у экипажа при таком расходе, ат 2,93 т = — = - ' =217с=3,81мин. Юн„,х 18,5 10 З За располагаемое экипажем время примем тг Ч- тз 161 9 З 217 2 2 = 189,4 с = 3, 15 мин. 7. В газовой турбине параметры воздуха перед его адиабатман ным истечением из расчетного сопла Лаваля р, = 20 бар, Т, = 973 К, давление окружающей среды р = 0,5 бар.
В секунду через сопла протекает 20кг воздуха. Определить скорость истечения воздуха в наиболее узком сечении сопла и на выходе и диаметры атих сечений. Решение При рабате сопла Лаваля на расчетном режиме р =. рз, скорость на выходе из сопла Лаваля Ух=~2 .1ВТг 1 — ~ — ) х ]= Скорость в наиболее узком сечении сопла равна критической скорости, которую определяем по следующей формуле: и„=- ~2 — ВТ = 2 ' 237,1 973 = 572 м?с.
Д 1,4 "Р т' ач 1 1 144! 281 Глава 9. Термодинамика потоков видкооги и газа Диаметр выходного сечения сопла определяем ив формулы расхода янкк лк =— 4 Отсюда = 21 мм. 1,4 1 Диаметр критического сечения сопла определяем иа формулы Р лога г Л, 2 кл— ; Рв ~2лк 1~941! нт, ' Отсюда аг„ 4 т,„ 4"20 =10 10-вы. 1,4 Г 2 1~ ~ г 120 10к1к 1,4 к 1~1,4 4 1) 287,1 ° 973 Глана 1о Процессы в машинах для сжатия и расширения газа 1 О. 1. Классификация машин Машины для сжатия газа или пара называются компрессорами. В зависимости от принципа сжатия газа компрессоры делятся на две группы: поршневые и ротационные,. Ко второй относятся центробежные и осевые компрессоры.
В поршневом компрессоре засасываемый газ сжимается в цилиндре поршнем и по достижении заданного давления выталкивается в резервуар или сеть высокого давления. В ротационном компрессоре, так же как и в поршневом, применяется объемное квазистатнческое сжатие.
В центробежных и осевых компрессорах, а также в компрессорах эжекционного действия сжатие газа имеет динамический характер и осуществляется в два зтвпа. На первом этапе газу сообщается некоторая скорость, а яа втором— кинетическая энергия потока преобршуется в энергию давления. В зависимости от типа создаваемого давления компрессоры подразделяются на: ° вакуум-насосы — машины, огсасывающие газ из пространства с давлением ниже атмосферного, сжимающие его и нагнетающие в пространство с давлением не ниже атмосферного; ° газодуеки — машины, сжимающие газ до избыточного давления 0,2 МПа; ° компрессоры низкого давления, сжимающие газ до избыточных давлений О, 1 — 1,0 МПа; ° компрессоры среднего давления, служащие для сжатия газа до давлений 1,0 — 10 МПа; ° компрессоры высокого давления, предназначенные для сжатия газа до давлений 10 — 100 МПа и выше.
283 Глава! о. прснесси я машинах для сна!ля н сасшнрення Газа Вакуум-насосы широко применяются в вакуумной технике; газодувки попользуются в вентиляции и металлургическом производстве для подачи воздуха или кислорода; компрессоры низкого давления — в бытовой технике и пневматических установках; компрессоры среднего давления — в нефтедобывающей промышленности и на магистральных станциях перекачки газа; компрессоры высокого давления применяются в азотно-туковом и других производствах синтеза газов под давлением, в установках для разделения воздуха методом глубокого охлаждения, на кислородных заводах ракетных полигонов.
Компрессоры низкого и среднего давлений применяются также в двигателях внутреннего сгорания, холодильных установках, в газотурбинных и реактивных двигателях. В зависимости от объема всасываемого газа различают компрессоры: малой подачи (до 0,003 мз,сс)! средней пода чи (от 0,003 до О,ОЗма,сс)! боя~той подачи (от 0,03мг(с и выше). В зависимости от числа ступеней последовательного сжатия газа компрессоры делятся на одкостуаеичатьсе и миогоступеичатьсе.
Качественной характеристикой компрессора является сте пень повышения давления сс = Рс(Р! гдер, — начальное давление; рг — давление в конце процесса сжатия. По степени повышения давления машины подразделяются на: ° вентиляторы (л = 1,0 — 1,1)1 ° газодувки (к = 1,1 — 1,2); ° компрессоры (х > 3). Машины, в которых происходит расширение рабочих тел для получения работы или охлаждения газов в холодильных установках, получили название детаидеров. К детандерам относятся пневмодвигатвли, поршневые машины, паровые и газовые турбины (турбодетандеры). 284 ! 0.2, принчмпмал»ные схемы хомпр*сссроэ 1 О.2.
Принципиальные схемы компрессоров Одноступенчатый компрессор (рис. 10.1) представляет собой цилиндр 1 с охлаждающей рубашкой 3, внутри которого движется поршень 2. К цилиндру компрессора подведены воздушные каналы с впускными 4 и нвгнетательными б клапанами, через которые сжатый воздух по каналу б подается потребителю. Поршень 2 имеет два крайних положения, называемых верхней и нижнеи мертвыми точками (ВМТ и НМТ).
Расстояние между этими положениями, умноженное на площадь поршня, называется рабочим объемом 1, цилиндра компрессора. Объемы между поршнем и крышками цилиндра в крайних положениях поршня (правом и левом) называются вреднь»ми пространствами !'э. Обычно )хэ =- (0,04 — 0,10))хр,э. Совокупность рабочих процессов, происходящих в поршневом компрессоре в р(х координатах, получила название индикаторной диазраммь», по наименованию прибора — »динвмометрического индикатора», фиксирующего изменение давления в цилиндре в зависимости от объема сжатия, определяемого расстоянием верхней кромки поршня от ВМТ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
