teplotekhnika (852911), страница 15
Текст из файла (страница 15)
4.1.Для сопла Лаваля массовый расход определяется в минимальном сечении по критической скорости по (4.14). Наиболее просто скорость истечения водяного пара находят по (4.5) с помошью диаграммы із(рис. 4.5). Проведя адиабату из точки І, характеризуюшей начальное іІсостояние рабочего тела (рт) до изобары р2 (точка 2), определим начал ьное 1І и конечное 12 значения энтальпии, а затем и скорость истечения по(4.5). Критическая скорость определится по энтальпии і К при критическом давлении рК= Вкррд.Таким образом, сопло Лаваля способно обеспечить достижениесверхзвуковой скорости с использованием всего перепада давления, норасход газа при этом не возрастает выше расхода при критической скорости.Принципиальная схема струйного аппарата для пневмотранспорта иизменение давления по его длине приведены на рис.
4.6. В соответствиис данной схемой рабочий воздух с давлением рІ подводится к соплу І.Поскольку обычно [3 < ВКР, то сопло имеет расширяющуюся часть (соплоЛаваля). В нем давление воздуха снижается до р2, а скорость возрастает111іІаД?11///(РФ9%2к/'2Рк в//*2`і1, = еопзіРис. 4.5.
Процесс расширения парав сопле Лаваля на диаграмме із/И"80_›уріун/Рис.4.6.-------._.\_."`.ктструйного аппаратадля пневматическоготранспортаре, И'с.рз' И;рг' и,2Схема._._._..Рзредо И/2. В выходном сечении сопла И/2 > И/кр. Рабочий воздух, выходящийиз сопла в приемную камеру 3 со скоростью И/ , инжектирует из приемного патрубка 2 сыпучий материал и передает ему часть кинетическойэнергии. Смесь воздуха и транспортируемого материала поступает в камеру смешивания 4, где выравнивается поле скоростей, и давление повышается до рз.
Далее смесь поступает в диффузор 5, здесь давление потока повышается до рс.Струйные аппараты рассчитываются на основании законов термо-,гидро- и газодинамики.Геометрические размеры сопел струйных аппаратов определяют поформулам термодинамики.При отношении давлений р2/рІ < Вкр рабочее сопло аппарата выполняется расширяюшимся. Площадь его критического сечения Атіп находят из уравнения сплошности:Атіп = Мзукр/ И/Кр.(4.15)В (4.15) величина МЅ задана, укр определяют из уравнения адиабаты:ууу =_'._=_'“ріРІ[Шу.'_Вёра критическую скорость - по (4.13).Площадь выходного сечения сопла Лаваля также вычисляют по уравнению сплошности:А2=МЅУ2,и,2где И/2 - скорость на выходе из сопла, определяемая по (4.6).(4.16)81Удельный объем находят из уравнения адиабаты: у2 = уІ/ВЩ-Определив площади сечений Атіп и І42 и задавшись углом конусностиІО-І2°, можно найти длину расширяющейся части сопла.
Профиль идлину входной части сопла до критического сечения выбирают из конструктивных соображений.Когда в потоке газа под влиянием какого-либо возмущения (обтекания препятствия и т.п.) происходят резкая, практически мгновенная перестройка течения, резкое торможение и сжатие сверхзвукового потокаи переход его к дозвуковому, то такую перестройку потока называют адиабатическим скачком уплотнения. Подобные скачки уплотнения весьмараспространены в реальных сверхзвуковых течениях.
После скачка уплотнения происходят возрастание статического давления, температуры иплотности газа, но резкое снижение полного давления (давление торможения) р'І и плотности торможения р'.Если плоскость скачка уплотнения располагается перпендикулярнодвижению потока, то адиабатический скачок уплотнения называется прямым. В сверхзвуковых потоках, как показывает опыт, возникают и косыескачки, расположенные под углом к направлению потока. В косом скачкеменяется не только величина, но и направление скорости движения.При полете летательного аппарата со сверхзвуковой скоростью при входевоздуха в воздухозаборный канал происходят значительные потери полногодавления, связанные с образованием скачков уплотнения. Работоспособность воздуха в двигателе будет тем больше, чем меньше эти потери, поэтому организация входа воздуха, создание оптимальных скачков уплотненияимеют решающее значение для применения таких аппаратов.В тех случаях, когда на весьма малом участке канала происходит выделение теплоты, вызывающее мгновенную перестройку течения, то говорят отепловых скачках.Для дозвуковой области течения выделение теплоты приводит к однозначному изменению состояния: расширению газа и увеличению скорости(числа Маха).Для сверхзвуковой области течения возникают сложные тепловые скачки.Значительный интерес могут представлять два вида тепловых скачков: распространение детонации горения, а также так называемые «скачки конденсации».В отличие от медленного горения, детонационное горение распространяется с огромными скоростями порядка километров в секунду и сопровождается значительными разрушительными действиями.
Последнее свидетельствует о возникновении в самой волне (и особенно при обтекании ею препятствий) весьма высоких давлений. Известно, что скорость распространения детонационной волны превосходит скорость звука в начальной смеси. По мнению проф. Л.А. Вулиса, детонационная волна представляет собой два последовательных скачка - адиабатический, переводящий газ из сверхзвуковогодвижения в дозвуковое, и тепловой - в дозвуковом потоке. Схема детонаци-82/-›р лРис. 4.7.
Схема детонационнойволны во фронте пламени-›/\\_/\>хИ”_\'х12 зонной волны представлена на рис. 4.7. Так на участке 1-2 происходит адиабатический скачок уплотнения, а в зоне горения 2-3 - чисто тепловой скачокво фронте пламени.ры.Более подробные сведения можно почерпнуть из специальной литерату-Для сравнения работы сопла Лаваля при расчетном и нерасчетном режимах работы рассмотрим пример расчета реакции струи, когда из рааРАР' рІбр/////////я%//°'.31-15:ара.(1а =0217Р” АМф1°_1.Р.вРр1ра1(1@=0УчастокІ скачкауплотнения\\\\\\\\\\\\2І _2..ИУРис.
4.8. Влияние режима истечения на величину реакции струи:а - расчетный режим; б - истечение с недорасширением; в - истечение с перерасширениемҐ83кетного двигателя (рис. 4.8) происходит истечение жидкости или газа соскоростью И/а.Давление в выходном сечении сопла ра, а в окружающей среде - рд.При сверхкритическом истечении (Ма > І)давление на срезе сопла не зависит от силы противодавления, а определяется начальным давлением рІв камере и процессом изменения состояния в сопле.
Частный случай равенства давлений на срезе сопла и в окружающей среде ра = р” называется «расчетным режимом» истечения. В таком сопле возникает результирующая сила (тяга) Р , направленная в сторону, противоположную истечению, и в общем случае пропорциональная И” - скорости движенияжидкости вдали от выходного сечения сопла аппарата.В случае ра > р” происходит «недорасширение» до скорости И/а («укороченное›› сопло), потеря энергии и недополучение требуемой тяги.В случае ра < р,1 происходит «перерасширение», газовая струя по выходе из сопла приходит кдавлению окружающеи среды путем одного илинескольких скачков уплотнения.
Максимум величины И” приходится на«расчетный режим», поскольку и при «перерасширении», и скачках уплотнения скорость потока замедляется, а тяга Рк падает.ГЛАВА 5ЦИКЛЬІ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК5.1. Круговые процессы (циклы), прямые и обратные.Циклы теплосиловых установок, холодильных машини тепловых насосовМы уже знаем, что термодинамика возникла как наука, когда появиласьнеобходимость научного обоснования принципа действия паровойпоршневой машины и разработки метода ее расчета. Поэтому и те формулировки второго начала термодинамики, которые были предложеныее создателями, постулируют условие, при котором возможно превращение теплоты в работу в круговом процессе.Круговые процессы, или циклы, необходимы для непрерывного получения механической работы (в тепловом двигателе) или непрерывногопереноса теплоты от менее разогретого тела к более нагретому (в холодильной установке).Циклы, у которых работа ІЦ в процессе расширения больше работы в' процессе сжатия, называются прямыми циклами (рис.
5.1, а). Прямыециклы являются циклами тепловых двигателей.84Рис. 5.1. Прямые (а) и обратные (б) циклыСтепень совершенства прямых циклов оценивается термическимКПД:п!=1і=_Ч'-|Ч2І=1_1.Чі|_Ч]ЧІ(5.1)ЧІЦиклы, у которых работа в процессе расширения меньше работы впроцессе сжатия, называются обратными циклами. Эти циклы являютсяциклами холодильных установок и тепловых насосов (рис.
5.1, б).Если холодильные установки предназначаются для переноса теплотыот менее нагретого тела к более нагретому (часто - в окружающую среду), то в тепловых насосах происходит повышение температурного уровнятеплоты для последующего ее использования (рис. 5.2).Показателем энергетической эффективности холодильных установокслужит холодильный коэффициентє =ї'_,ІІЦІа тепловых насосов - коэффициент трансформации теплотыабТМТ°Тл_, 1ц_(5.2)ЦАПдТО1”-ІцТ2ЧгзгггггїгггггггггггггггггггггггггггггЧт55Рис. 5.2. Циклы холодильной установки (а) и теплового насоса (б)85,=|,Ч_2|=_ЧІ,І ЦІ=Щ+ІЦЦназываемый иногда отопительным коэффициентом.В ходе развития термодинамики и применения ее в различных областях науки и техники было предложено большое число формулировок,определяющих действие второго начала в соответствующих областях научной и инженерной деятельности человека.
Приведем из них три основных формулировки.Одна из классических формулировок второго начала термодинамикивытекает из опыта односторонности теплообмена, сформул ирован ного ввиде так называемого постулата Клаузиуса: теплота не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой самопроизвольно, без компенсации.Применительно к теории круговых процессов определение можетбыть дано в редакции (называемой иногда именем С. Карно): для непрерывного сколь угодно долгого превращения теплоты в работу необходимоиметь по крайней мере два источника теплоты разной температуры: теплоотдатчик более высокой температуры и теплоприемник меньшей температуры.Следующая формулировка нуждается в предварительных пояснениях.
Известно, что вечным двигателем принято называть такой неосуществимый двигатель, который создает энергию из ничего, т.е. противоречит закону сохранения энергии. Будем называть его вечным двигателемпервого рода.В курсе термодинамики рассматривается, кроме того, вечный двигатель второго рода, особенность которого состоит в том, что он работаеттолько при одном источнике теплоты - теплоотдатчике. Из этого следует, что вся подводимая теплота процесса в нем полностью превращаетсяв работу, и, значит, его термический КПД цикла'ц, = [і = ШЧІЧ!и при '(12 = О оказывается равным единице. Все это противоречит второму началу термодинамики и, в частности, первой его формулировке.Поэтому третья формулировка второго начала термодинамики утверЖдает следующее: вечный двигатель второго рода невозможен (постулатТомсона-Кельвина).Приведенные формулировки второго начала термодинамики применительно к тепловым двигателям вскрывают специфические свойстватеплоты: всегда при совершении кругового процесса (цикла) только частьподведенной теплоты может преобразовываться в работу.865.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
