Термодинамическая теория истечения газов и паров, процесс дросселирования Кошкин В.К. Михайлова Т.В. (1013772)
Текст из файла
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДПГО СПЕЦИАЛВНОГО ОВРАЗОВАНИН СССР МОС КОВСКИЙ ОРДЛНА ЛЕНИНА И ОРДНЙ ОКТНРРЪСКОЙ РЕВОЛЩИИ АВИАЦИОНВЫИ ИНСТИТУТ ииени СЕРГО ОРИКСНИВИИЗЕ В.К. КОШКИН, Т.В. МИХАИЛОВА ТЕРМСДИНАМИКСКАН ТЕОРИЯ ИСТЕПЕПИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ, ПРОЦЕСС ЛРОССЕЛИРОВАПИЯ Програаеиронанное учебНОе пособие Утверждено на заседании редсовета 24 нзя 19В2 г. УЛК:536.23(075.8) Кошкин В.К., Михайлова Т.В.
Термодеааыическая теория истечения газов в паров, процесс дросселыроваиия: Учебное пособие. — М.: ИИ, 1983, 55 с. ил. Учебное пособие посиш~ено термодинэмической теорви течения и истечения газов и паров. В кинге изложены основные положения терюдинаывческой теорви течения и истечения газов и паров, приводится вывод уравнений скорости истечения и секундного расхода газа, дается анализ форщулы секундного расхода. Рассматриваютоя две области истечения (до- и сверхкритическая), роль раапиряющегося сопла, а такке вопросы, посвященные дросселированвю газовых и паровых потоКон. Весь материал даатся с единой позиции програымированвого метода обучения.
По каждому раздеду Раэработааю соответствующие юнтрольные карточкк. Пособие предназначено для студентов факультета двигателей летательных аппаратов. Рецензенты: В.И. Крутов, Б.Н. Юлаев, © Московский авиационный институт, 1983 г. 536 (075) К 762 ПРЕДИСЛОВИЕ Програзишровавное учебное пособие по курсу терюлднеишии "Терюдннамическая теория истечения газов и паров" представляет собой часть курса термодинамики, нанесенную в соответствиш с утверж» денной учебной програмюй для студентов факультета двигателей летательных аппаратов МЛИ.
Терюдинамика — это теоретвческвй фундамент всей совремевяой инженерной теории двнгателей. Термодинамика изжит в основе тепловото расЧе~а Двнтателэй. Все чаще и чаще спецвалистам првходится обращаться к понятиям н методаы термодинамики . Учебное пособие призваю поючь читателю, который приступает к изучению термодинамики и знаюм с математикой, физикой и химией. Пель пособия — поючь чвтателю освоить основные положения термодннамичеСКОй теОРии истечения газов и паров в объеме, достаточном для выполнения терюдннамических Расчетов, правильного повимэяия и использования результатов этих расчетов. Длн улучшения восприятия излагаеюго материала в пособии использован один из вариантов програмМИРОваиных мЕтодОВ обученна.
3то способствует более гдубокощу пониманию материала и интенсификации процесса обучения, т.е, сокращению времени, необходимого для усвоения учащимся определенного объема знаний. Такой эффект достигается путем расчленения процесса обучения на отдельные этапы и осуществпеэвя проверки обучения в конце каждого этапа, Прогремынрованное изложение материала по термодинамике можа~ оказаться полезным потому, что позноляет проиервть правильность восприятия основных идей и понятий по ходу изучения материала курса, поскольку применять этв понятия можно лишь глубоко понимая их смысл.
Ланное пособие содержит 9 контрольных карточек (41 контрольный вопрос, к каждому из которых приведеао несколько вариантов ответов). Правильных ответов на контрольный вопрос южет быть несюлью. Ответы приведены в конце учебного пособия. При написании пособия авторы исходили иэ мэоголетвего опыта преподавания курса термодэвамзкв студентам МАИ. Посюльку пособие является одной из первых попыток програьмиРонаввого изложевия термсдэнэыичесюй теории истечевия газов и паров„авторы будут рады погнить отзывы читателей о пособии и с благодарностью примут все замечания.
Термодинамическая теория течеввя И истеЧЕВвя газов и Пэров имеет больаое прикладюэ значение в современной теплоэвергатике. целый ряд технических расчеюв основывается ва зэковомерюстях, которые вытекают из рассютреыия и исследовавия терюдиваывки процессов течевия и истечения газов и паров, С этими закоюмерюстями приходится сталкиваться при изучении разлвчвых типов тепловых двигателей и особенно реактиввых двигателей, газовы и паровых туРбин, Рабочей процесс юторых полиостьп основывается ва закономервостях процессов течения и истечения газов в паров.
Так, из терюдиваыической теорви течеввя и истечения газов вытеквпт каиболее вежвые положения реактивюй технии~. В вэбом типе реективного двигателя сила тяги пюпорциовальна скорости истечеввя рабочего газа. Скорость же встечевия, в свою очередь, зависит от температуры этого газа в камере сгораэвя двигатеяя; ова ппопоРцэовальва корю кэадратвому из абсолптюй температуры рабочего газа в камере сгорания. В этом и состоит вЩект термеческого раэгова Рабочето Газа в любом типе реактивного дагателэ. Отопда на основе термодиыаыической теории течевия ы истечения газов вытекает возможность решения основной задачи реактивной техвики: мваимум расхода рабочего тела и максимум сюроств истечевия.
В другах типах тепловых двигателей при осуществлевви в них тех или иных прямых термодэнамическвх циклов рабочее тело - газ также всегда претерпевает изменения, связанные с двихеэиэы этого газа по системам трубопровода, аппаратов и механизмов, Термодэвамзческвм заюиомерностям течеызя и истечения газов подчипются процессы, связанные с продувкой и выпускоы днухтактных двигателей, процессы в компрессорах , в карбюраторах бевзиповых двигателях, распиливание топлива в дизелях и многое другое. Не менее важни вопросы дросселирования (патия) газовых и паровых потоюв. Дросселкроэание газовых и паровых потоков встречается во многих технологических процессах, а тапке в ряде тепловых двигателей (паровнх турбннах, бензивсвых нарбюратоРНЫх дввгатэлах внутреннего сгоРания).
ПРоцесс дросселировевия наблюдается при прохождевви потока газа или паря чарва местные оуженвя в трубопроводах (через вентили, задвижки и т.п.), ухудшающий терыоди намнческое состояние тенущего рабочего тела (понижающий его девленве) . В других же случаях, как например, в газовю~ турбинах, бенэвновых варбюратсрннх дэигателнх внутреннего. сгорания проЦесс дросселирования применяется как метод регулировааия мсшлости этнх двигателей.
Таким образом, терыодиааыичесная теория течения и истечения, а ганжа дросселнровааие газовых и паровых потоков янляется весьма вежнвм разделом техничесжсй терэюдннеьщхи, дающим осноны расчетов и проектирования многих тзплоэнергетвческвх снстем и теиловнх двигателей. Г л а в а 1. ТЕРМОДИИАИИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗОВ И ПАРОВ 1. У евнеаие пе ного захсна те мо аамнни в и именеаии к течиия в истечеаия газов и па в Процесс течения и встечеаия газов и паров отвечает общему случаю, когда сюв рабочее тело перемещается в пространстве ыод действием неравномерного поля давленая на поверхности рабочего тела. Поатому для течения ыы можем применить общее уравнение первого закова термодинаэшни.
Будем по-прежнему рассматривать стецнонарный поток жидкости, у которого через любое оечение потока в единицу нремени проходит одно и то же массовое количество газа С соей кг/с т е 65 6 б отшй Расход гааа определяется следующим образом: б'-Р9 / Г ' )г~ (1.1) где / — площадь поперечного сечения потока; Ж вЂ” сзорость потока; Р— плотность газе; к - удельный объем газа. Тогда (1.2) (1.3) уравнения Ц.2) и (1.3) называются уравнениями неразрываости или оплошности.
Для течения газа или пара уравнение первого занона термодинамике в общем виде будет иметь следующий вид при отнесении количества энергии к единице массы: Й~-Йи И.( — ) уйй'А(ра) А(„„Дж~кг. Ф" (1.4) 6 По-прежнему изменением внешней потенциальной энергией газа будем пренебрегать: рг~й = О. Кроме того, рассмотрим с~Ичай, когда сам канал с газом неподвижен и, следовательно, гаэ никакой внешней технической работы не совершает, т.е. ~й -О. Тогда уравнение йервого закона терэюдинаыики примет вид ыу-ь-ы()~ ~.
В дальнейшем будем рассматривать течение и истечение газов и перов без учета трения и теплообмена с внешней средой, т.е. аднабатвый процесс течеавя н истечения без трения ( Ый-0 ). Дж этого случая уравнение первого закона термолннаэшни в лвЩереюмзльной бюрме прнмет внд, г, — --Ы(, (1.6) Для нонечногс участка потока в интегральной Форме получим .г Рг — э — '-- 1 — Фэ дж/кГ (1.7) Следонательно, для едэабатэого течения увеличение внешней скороси движения потока газа определяетоя соответствухщим уменьшением энтальпии этого газа, Контрольная карточка 1 2. Оп е еление асполагаемой аботы потока Вопрос Отват 1.
Стационарный поток характервзуется тем, что . ° ° 1 — скорость течения в любом сечении потока постоянна; 2 - в единицу времени проходит через любое сечение потока одно и то же количество жидкости (газа); 3 — объемный расход )г м /с Чзрез любОе сечение потока не меняется. 2. Какое из представленных уравнений является уравнением неразрывности? 1 -,/;К(~;,~~ )~~~~ -,/г ~'Р; 2 — б'=„/)~~ -/ —, )н .6 Кг,,~/ф г',В" 3 - — г- — -— Я~ гг ггг гйг 1 4 «гг( — ( — А. (г( 1 -</рАи+г/( — ) ~й -А(рг/.
/1„; гф~ 2 -я( — )~й-Ю; г г ~г -)н 3 - — ~-- ',— 'г,. г Кг 4- Ыу=гьг 4-Л(( — /. 3. Каков иа предс~авленных уравнений является уравнением первого закона термсдзнамики для алдабатното случая течения газов и паров беэ трения'? Для любого потока жидкости, н том числе газов и паров. су- ществует общая свявь между давлением и скоростью потока жидкости, которая выражается уравнением Берыулли. Дэн потока без трения уравнение Бернулли имеет вид .г -нсвт -Ы( — ) Дж/кг (1.8) Из уравнения видно, что увеличение кинетической энергии движения массы жидкости соответствует уменьшению выражения нар .
В случае, если жидкость аесжимаема. уменьшение яф достигается только за счет соответствующего понижения давления. Если же текущая жидкость сжимаема (газы и пары), то увеличение кинетической энергии потока может достигаться как за счет понижения давления при течении, так и за счет соотнетствующего увеличения удельных объемов газа (на- пример, течение газа с горением, т.е. с подводом тепла).
Таким об- разом, уравненве Бернулли одинаково справедливо для течения любой жидкости. Различают деа вида жидкости. 1. Жидкость с устойчивым объеъюм, т.е. канальная жидкость, у которой объем не изменяется (несжимаемая жидкость); ни/ф) гг гглгг, 2. Кидкость с неустойчивым объем>и, или сжимаемая жидкость (газы и пары), у которой объем претерпевает в общем случае значи- тельное измевение при изменении давления:н-,//ф, и'гнгмгг . Таким образом, в общем случае для стационарного течения лю- бой жидкости уравнение Берзуллн н интегральног Форме примет вид гг Фг б/ -~г(К ) Р~ Фк ила г г Рг )рг - щ'~ ( (1.9) Рг где 1 — располагаемая Работа потока, идущая на увеличение ввез~ней кинетической энергии потока (на увеличеэве скорооти потока). Это и есть основное уравнение, связывающее изменение скорости и давле- ния в интегральной форме и справедливое для любого потока жидкос/ ти.
Получим выражения для располагазмой работы потока 1 при тече- нии различной жидкости. Р Й (1.12) Рис, 1 10 1. Рассют(мм случай течевия канальной, .несзиэвеюй жидкости (рвс. 1). Лля атой жндюсти «~ь,~('р), «лвгЛб . Интегрнруя уравнение (1.9) для конечного участка процесса 1-2, получаем '-«~Р— Рл) л I Я~ -Ф;~ г (1.10) Работа 1 идет на увеличение кинетической энергни текущей жидкости. 2. Рассютрим случай течения сжимаеюй жвдюсти (газов и паров) ((шс. 2). Для атой жидкости «-/(ф, '«ФСопЯ: )«'-м" - (' 8 Р~ ,пг Определение интеграла ) «яр для течения газов требует определения Рг связи между изменением давления и объема текущего газа. )(ля чего необходимо зна~ь характер терюдинамического процесса происходящего в текущем газе. Будем по-прежнему считать течеыэе газа аднабатным, т.е.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
