Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 25
Текст из файла (страница 25)
При дальнейшем м м с1кр ~/р Рас. 10 7 Рис. 106 построении этой кривой по формуле (10.33) параметр площади, а следовательно, н площадь поперечного сечения будет увеличиваться, а вместе с ней для этих сечений будет расти и значение параметра скорости по формуле (10.32). Расширяющаяся часть сопла Лаваля создает условия для толучения сверхзвукового потока, которые не могут быть созданы только понижением давления в среде, куда происходит истечение. Расчет комбинированного сопла сводится к определению прохсдных сечений сопла 1„,„ и г"„ при заданном расходе б и угле уширения сопла а, который обеспечит безотрывное течение газа (рис. 10.6). Профилированием проточной части сопла достигзется лишь различное распределение давлений внутри сопла, но расход при этом в выходном сечении всегда остается постоянным.
Таким образом, для того чтобы полностью расширить газ до давления окружающей среды (расчетный режим работы сопла), нужно при р, > р„р сопла делать суживающимся. Если в сУжива7оп1емсЯ сопле и, ( Р„р, то газ РасшиРЯетсЯ до давления окружающей среды, но его расширение от давления Р„ до р, будет происходить за соплом и кинетическая энергия газа полностью не может быть использована, Для полного преобразования энеРгии давлениЯ в кинетическУю энеРгию пРи Р, (Р„р дслжно применяться сопла Лаваля.
137 й 6. Истечение при наличии трения Рис. 10.9 Рлс. !0.8 ляет собой потерю работы (кинетической энергии) и изображается пл. 2'243. Вся теплота трения, выделившаяся в потоке, равна пл. 12'341. Из рис. 10.8 видно, что тепловой перепад й, =1,— (ч при наличии трения меньше, а следовательно, и скорость истечения, определяемая по формуле (10.19), будет меньше, чем в случае течения без сопротивления. Потеря энергии, вызываемая внутренними сопроч ивлениями, определяется по формуле ч' ч Амч и' и' мч 1ч — 1м = — — = — — — = 8 —, 2 2 2 ' 2 (10.34) где $ — ковффициент потери энергии. У Если обозначить — ' = ф (где ф — коэффициент скорости), то юч атч Я ч — =(1 — ч~ ) —, ч ~ч 2 2 ' (10,35) шч=ф У 2(~,— 1,)+ш).
(10,36) Коэффициент скорости для сопел современных турбин д = 0,95 —: — 0,98, ез8 Течение газов при наличии трения не будет нзоэнтропным, так как из-за действия сил трения происходит диссипация (рассеяние) механической энергии и превращение части ее в теплоту, в результате чего внутренняя энергия, энтальпия и энтропия движущегося газа возрастают. Этот процесс можно изобразить на( — в-диаграмме (рис.
10 8) в виде линии 1-2'. Теплота трения при отсутствиитеплообмена с окружающей средой усваивается потоком газа, при этом часть теплоты трения идет на работу расширения и преобразуется в энергию движения газа (пл. 122') (рис. 10.9). Остальная часть представ. ф 7. Дросселирование газа Под дросселированием понимается падение давления в струе рабочего тела, протекающего через суживающийся участок капала. Для осуществления такого процесса на пути движения газа (пара) устанавливается какое-либо гидравлическое сопротивление: дроссельный вентиль, заслонка и т.
п. Падение давления в местном сопротивлении можно объяснить диссипацией энергии потока (трением), расходуемой на преодоление этого сопротивления. Проходя через местное сужение проходного сечения канала, как показано на рис. 10.10, давление газа за местом сужения р, всегда меньше давления р, перед сужением. Но работа расширения газа (пара) при разности давлений р, — р во вне не е Г еее -, ее ее р у«ю б. е е "еее "Р " "е Э~~ м в изолированной системе,в которой к потоку рабочего тела теплота яу извне не подводится. Полагая, что изменение состояния газа от сечения (-( к сечению ' !(-(( происходит адиабатно, воспользуемся уравнением (10.10) (е+ = ее+ ,1,е Рис.
ИЬ10 е 2 Если сечения канала до и после сужения одинаковы, то можно Ьме пренебречь изменением кинетической энергии потока —, тогда (е = е„т. е. в результате дросселирования энтальпия газа (пара) не меняется. Так как в сделанных предпосылках не говорилось о свойствах газа, то полученный результат справедлив как лля идеальных, так и для реальных газов. Для идеального газа внутренняя энергия не зависит от объема, а в процессе дросселирования газ не совершает работы и не участвует в теплообмене с внешней средой, т.
е. внутренняя энергия должна оставаться постоянной. В случае дросселнрования идеального газа е(и = О, е(Т = О, с(( = О, ( = сопз1. В реальном газе внутренняя энергия зависит от объема, поэтому в процессе дросселирования внутренняя энергия и температура меняются е(и чь О, г(Т ~ О,ей' = О, ( = сопз1. Процесс дросселирования идеального газа полностью необратим, так как невозможно создать первоначальное давление без заграты работы. 139 (д<Ир)г (1О.
37) (дадТ)р ( дТ 1 дР )~ (дндт)р(дР(дг)т Значение частной производной (с(ь!г(Т) =с, а по формуле (8.25) для 1 кг газа ( — ) — (Т ( — ) — а~, Следовательно, (! 0.38) Для газа, подчиняющегося уравнению Ван-дер-Ваальса (9.1), ( дТ)р а 2аЬ Р вЂ” + ь' рь (! 0.39) Подставив это значение частной производной в уравнение (10.38), находим приближенно 2а — — Ь 4(Т = йТ Зр. ср (10АО) Отношение бесконечно малого изменения температуры к бесконечно малому изменению давления при дросселировании называется оифференииальным температурным эффектом драссвлираванил н обозначается через и, $40 Процесс дросселирования реального газа частично обратим, так как изменение температуры по сравнению с окружающей средой можно использовать для получения работы, которую можно направить на возвращение газа в исходное состояние.
Изменение температуры реального газа при адиабатном дросселировании определяют, задавшись уравнением состояния реального газа и зависимостью с = 1 (рТ). тд!~ гд44 Так как 1= Г" (р, Т), то 4(( = ! — ! 6Т+ ! — ) Нр; при ! = сопз! дТ р да~а 4(! = 0; разделив обе части этого уравнения на 4(р, получим после преобразований Если давление при дросселировании изменяется незначительно, то изменение температуры Т,— Т, = а, (р — рп. При значительном понижении давления разность температур равна Т,— Т,= ~ а,йр.
Так как при дросселировании йр ~ О, поскольку р, всегда меньше р„а с„величина всегда положительная, знак аТ будет зависеть от того, какие значения получит числитель в формуле (10.40). Возможны три случая: 1) йТ<0 Т( —; ан ' 2) йТ.ь О Т~ — '1 ы 3) Т=О Т= —. ай Из рассмотрения атих соотношений видно, что в зависимости от природы газа и начальной температуры в результате дросселирования его температура понижается, повышается или остается постоянной.
Изменение знака дроссель-эффекта называется инверсией, В точке инверсии (йТЫр), = О, а начальная температура по уравнению (!0.40) равна 2а/ЬЯ. Такую температуру называют температурой инверсии Т,„, и определяют обычно, используя значения критических темпера;."ур. Так как Т„„, 2а!ЬЯ, а согласно уравнению (9,5) Т„а=яч —, найдем, что Т,„, = 6,75 Т„р, Таким образом, температура инверсии реальных газов по Ван-дер-Ваальсу в 6,75 раза больше нх критической температуры.
Температура при дросселировании возрастает, если Т ) Т„„„ и понижается, если подвергшийся этому процессу газ находчтся при Т( Т„„,, Темйературы инверсии большинства газов, за исключением водорода и гелия, достаточно велики, и процессы дросселирования обычно идут с понижением температуры. Это понижение темгературы впервые было исследовано Джоулем и Томсоном и получило название аффекта Джоуля — Томсона. Этот эффект дросселирования используется на практике для получения низких температур.
141 ГЛАВА Х! МАШИНЫ ДЛЯ СЖАТИЯ И РАСШИРЕНИЯ ГАЗА й 1. Компрессор. Основные процессы в одноступенчатом компрессоре Назначение компрессора состоит в сжатии газа и непрерывной подаче его к месту потребления. Сжатый газ находит широкое применение в технике, в частности в авиации. Компрессор является одним иэ основных агрегатов газотурбинных, поршневых и комбинированных авиационных двигателей. В поршневых двигателях сжатие воздуха происходит в цилиндрах.
Если двигатель комбинированный, то сжатие воздуха или топливо-воздушной смеси (наддув двигатели) предварительно осуществляется в компрессоре. Применение наддува было вызвано стремлением увеличить высотность двигателя, так как с увеличением высоты мощность простого двигателя падает, вследствие понижения плотности атмосферного воздуха. В газотурбинных двигателях во время полета сжатие воздуха происходит как в струе набегающего потока на входе в двигатель (динамическое сжатие), так и в компрессоре. Компрессор газотурбинного двигателя является одним из основных агрегатов установки и предназначается для сжатия воздуха перед поступлением его в камеры сгорания.
Применение компрессора обеспечивает получение больших мощностей двигателя, а также образование силы тя!и при работе двигателя на земле. По способу сжатия воздуха или газа компрессоры можно разделить на две группы. К первой относятся объемные компрессоры (поршневые, шестеренчатые, ротационные). Давление в них повышается при непосредственном уменьшении объема газа, поступившего в рабочее пространство компрессора. Ко второй группе относятся центробежные, осевые и диагональные.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
