Изобразить тепловой процесс в сопле лаваля диаграммой

Разделив уравнениена pv, найдем

(7.15)

Подставив вместо выражение , получим

(7.16)

Рассмотрим движение газа через со­пло. Поскольку оно предназначено для увеличения скорости потока, то dc>0 и знак у dF определяется отношени­ем скорости потока к скорости звука в данном сечении. Если скорость потока мала (c/a 1, то dF>0, т.е. сопло должно рас­ширяться.

На рисунке 7.4 представлены три воз­можных соотношения между скоростью истечения с2 и скоростью звука а на выходе из сопла. При отношении давле­ний скорость истечения меньше скорости звука в вы­текающей среде. Внутри сопла скорость потока также везде меньше скорости звука. Следовательно, сопло должно быть суживающимся на всей длине. Дли­на сопла влияет лишь на потери от тре­ния, которые здесь не рассматриваются.

Рисунок 7.4 — Зависимость формы сопла от скорости истечения :

a- =a в — >a

При более низком давлении за со­плом можно получить режим, изображенный на рисунке б. В этом слу­чае скорость на выходе из сопла равна скорости звука в вытекающей среде. Внутри сопло по-прежнему должно су­живаться (dF а. Такое комбинированное сопло впер­вые было применено шведским инжене­ром К. Г. Лавалем в 80-х годах прошлого столетия для получения сверхзвуковых скоростей пара. Сейчас сопла Лаваля применяют в реактивных двигателях са­молетов и ракет. Угол расширения не должен превышать 10—12°, чтобы не бы­ло отрыва потока от стен.

При истечении газа из такого сопла в среду с давлением меньше критическо­го в самом узком сечении сопла уста­навливаются критические давление и скорость. В расширяющейся насадке происходит дальнейшее увеличение ско­рости и соответственно падение давления истекающего газа до давления внешней среды.

Рассмотрим теперь движение газа через диффузор — канал, в котором дав­ление повышается за счет уменьшения скоростного напора (dc 0, т. е. если скорость газа при входе в канал меньше скорости звука, то диф­фузор должен расширяться по направле­нию движения газа так же, как при тече­нии несжимаемой жидкости. Если же скорость газа на входе в канал больше скорости звука (c/a>1), то диффузор должен суживаться (dF

Пусть пар с начальными параметра­ми вытекает в среду с давлением р₂. Если потери энергии на трение при дви­жении водяного пара по каналу и тепло­отдача к стенкам сопла пренебрежимо малы, то процесс истечения протекает при постоянной энтропии и изображает­ся на h,s-диаграмме вертикальной пря­мой 1-2.

Скорость истечения рассчитывается по формуле:

,

где h1 определяется на пересечении ли­ний p1 и t1, а h2 находится на пересечении вертикали, проведенной из точки 1, с изо­барой р2 (точка 2).

Рисунок 7.5 — Процессы равновесного и неравно­весного расширения пара в сопле

Если значения эн­тальпий подставлять в эту формулу в кДж/кг, то скорость истечения (м/с) примет вид

.

Действительный процесс истечения. В реальных условиях вследствие трения потока о стенки канала процесс истече­ния оказывается неравновесным, т. е. при течении газа выделяется тепло­та трения и поэтому энтропия рабочего тела возрастает.

На рисунке неравновесный процесс адиабатного расширения пара изображен условно штриховой линией 1-2’. При том же перепаде давлений срабаты­ваемая разность энтальпий получается меньше, чем , в результате чего уменьшается и скорость истече­ния . Физически это означает, что часть кинетической энергии потока из-за трения переходит в теплоту, а скоростной напор на выходе из сопла получает­ся меньше, чем при отсутствии трения. Потеря в сопловом аппарате кинетиче­ской энергии вследствие трения выража­ется разностью . От­ношение потерь в сопле к располагаемо­му теплопадению называется коэффици­ентом потери энергии в сопле :

Формула для подсчета действи­тельной скорости адиабатного неравно­весного истечения:

Коэффициент называется скоро­стным коэффициентом сопла. Современная техника позволяет создавать хорошо спрофилированные и обработанные сопла, у которых

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9141 — | 7319 — или читать все.

источник

Выполнить численное моделирование движения воздушного потока внутри сопла Лаваля.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

выполнить продувку сопла с помощью SW Flow Simulation

проанализировать полученные результаты

Сопло Лаваля (или сужающееся-расширяющееся сопло) представляет собой канал, суженный в середине, имеющий вид песочных часов. Служит для ускорения газового потока, проходящего через него, до скоростей выше скорости звука. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных двигателей.

Сопло было разработано в 1890 г. веке шведским изобретателем Гюставом де Лавалем.

Работа сопла основана на различных свойствах газового потока на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Скорость дозвукового потока будет увеличиваться по мере сужения канала, так как массовый расход является постоянным. Поток газа в в сопле Лаваля является изоэнтропным (энтропия газа примерно постоянна). На дозвуковых скоростях газовый поток является сжимаемым; звук (волна малого давления), будет распространяться через такой поток. Вблизи «горлышка» сопла, где площадь сечения наименьшая, локальная скорость газа становится звуковой (число Маха М =1) Как только площадь сечения сопла начинает увеличиваться, газ продолжает расширяться и газовый поток ускоряется до сверхзвуковых скоростей, где звуковая волна не проходит в обратную сторону через газ (М > 1).

Сопло Лаваля будет действовать лишь в том случае, если массовый расход через сопло достаточен, в противном случае сверхзвуковая скорость достигнута не будет. К тому же, давление газа на выходе из расширяющейся части сопла не должно быть слишком малым. Так как давление не может передаваться против сверхзвукового течения, выходное давление может быть значительно ниже давления окружающей среды в которую истекает газ, но если оно слишком мало, тогда поток перестанет быть сверхзвуковым, либо поток будет разделяться в расширяющейся части сопла, образуя нестабильный поток, который может «хлопать» в сопле, и вызвать его повреждения. На практике, давление окружающей среды должно быть не более, чем в 2,7 раза выше давления в сверхзвуковом газе, при этом условии сверхзвуковой поток сможет покинуть сопло.

Для математического описания движения газа используется уравнение состояния идеального газа и уравнение Эйлера. Из них можно вывести такое ключевое уравнение:

(1)

где величины ихарактеризуют относительную степень изменяемости по координатех плотности газа и его скорости соответственно. Причем уравнение (1) показывает, что соотношение между этими величинами равно квадрату числа Маха (знак минус означает противоположную направленность изменений: при возрастании скорости плотность убывает). Таким образом, на дозвуковых скоростях (М 1) – наоборот. Как будет видно дальше, это и определяет сужающуюся-расширяющуюся форму сопла.

Поскольку массовый расход газа постоянен:

,

где A – площадь местного сечения сопла, то

.

дифференцируя обе части этого уравнения по х, получаем:

(2)

После подстановки из (1) в (2), получаем окончательно:

(3)

Из (3) видно, что при увеличении скорости газа в сопле знак выражения положителен и, следовательно, знак производнойПри дозвуковой скорости газа (M 1), производная – сопло расширяется.

При движении газа со скоростью звука (M = 1), производная – площадь поперечного сечения достигаетэкстремума, то есть имеет место самое узкое сечение сопла, называемое критическим.

Итак, на сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями. В самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой. На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями.

Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70%, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей других типов. Это объясняется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины). В других тепловых двигателях на этой передаче имеют место значительные потери. Кроме того, газ, проходя через сопло на большой скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество тепловой энергии, что позволяет считать процесс адиабатическим. У реальных тепловых двигателей других типов нагрев конструкции составляет существенную часть потерь. Автомобильный двигатель, например, работает больше на радиатор охлаждения, чем на выходной вал.

Иллюстрация работы сопла Лаваля. По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление p снижаются, а скорость V возрастает

источник

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Предмет «Техническая термодинамика» и следующий за ним предмет «Тепломассообмен» являются теоретическим фундаментом теплотехники. На базе дисциплин осуществляются расчеты и проектирование тепловых двигателей , компрессоров , сушильных и холодильных установок, теплогенераторов, теплообменников и др. Знание материала этих дисциплин позволяет технически грамотно эксплуатировать указанное оборудование и осуществлять мероприятия по повышению его экономических показателей.

При изучении указанных предметов рекомендуется обратить внимание на основные направления развития теплоэнергетики в .нашей стране и за рубежом, на вклад отечественных ученых и инженерно-технических работников в формирование технической термодинамики и теории тепло- и массообмена.

Техническая термодинамика рассматривает вопросы взаимного превращения тепловой и механической энергии, в том числе наиболее эффективные условия осуществления этих превращений. Кроме того, в курсе технической термодинамики изучаются свойства рабочих тел, участвующих в энергетических преобразованиях, и способы определения (расчета) термодинамических параметров состояния рабочих тел.

В качестве рабочего тела в технической термодинамике выступает вещество в газообразном и парообразном состоянии. Следует разобраться в понятиях – идеальный газ и реальный газ.

Основные параметры состояния рабочего тела (абсолютное удельное давление (р), удельный объем (V) и абсолютная температура (Т) связаны уравнением состояния. Уравнением состояния идеального газа является уравнение Клапейрона, которое может быть записано для 1 кг вещества или для произвольного его количества. Уравнение состояния идеального газа для киломоля вещества предложено Менделеевым. Примером уравнения состояния реального газа является уравнение Ван-дер-Ваальса.

Уравнение состояния рабочего тела, кроме основных его параметров, включает также газовую постоянную. Различают газовую постоянную 1 кг вещества (R) и газовую постоянную киломоля вещества – универсальную газовую постоянную (mR) . Необходимо знать физический смысл R и

mR, а также связь между ними.

Основные положения технической термодинамики рассматриваются на примере идеального газа.

Поскольку в тепловых машинах и аппаратах весьма часто в качестве рабочего тела выступают смеси газов (например, газообразные топливно-воздушные смеси, продукты сгорания топлива и др.), курс знакомит с методами расчета газовых смесей.

Приступая к изучению термодинамических процессов, следует иметь в виду, что классическая термодинамика рассматривает их как равновесные и обратимые.

При анализе термодинамических процессов (изохорного, изобарного, изотермического, адиабатного и обобщенного политропного процессов) прежде всего выясняют закономерности изменения основных параметров состояния рабочего тела (р, V и Т), а также количество тепла (q), подведенное к рабочему телу ( или отведенное от него) в ходе процесса, работу (l ) расширения (или сжатия) рабочего тела, изменение внутренней энергии рабочего тела (DU=U₂ – U₁) в процессе, изменение энтальпии (Dh = h₂ – h₁) и изменение энтропии (DS = S₂— S₁) в ходе процесса.

Для определения количества тепла, участвующего в процессе, важно правильно использовать теплоемкость рабочего тела. Вещества, находящиеся в газообразном состоянии, характеризуются массовой (с), объемной (с¢) и мольной (mс) теплоемкостями. Необходимо понять зависимость теплоемкости рабочего тела от физической природы вещества, от температуры и от характера термодинамического процесса, в котором рабочее тело участвует. Необходимо научиться пользоваться таблицами теплоемкостей газов, а также владеть приемом выбора теплоемкости как величины, независимой от температуры. Следует освоить формулы для расчета теплоемкости рабочего тела в политропном процессе и формулы определения теплоемкостей газовых смесей.

В курсе дан вывод формулы для определения работы, выполняемой рабочим телом при расширении или затрачиваемой на его сжатие.

Следует обратить внимание, что при изображении термодинамического процесса в координатах p-V площадь между линией процесса и осью абсцисс дает графическое изображение работы 1 кг рабочего тела в этом процессе – работы расширения (если V₂ > V₁) и работы сжатия (если V₂ S₁ ), или тепла, отводимого от рабочего тела (если S₂

источник

Параметры истечения. Потенциальная энергия в кинетическую (схема 1) преобразуется в сопловых аппаратах, или просто соплах. В предыдущем параграфе указывалось, что для получения скоростей, меньших или равных критическим, применяют суживающиеся сопла, а для получения сверхкритических скоростей — сопла с суживающейся и расширяющейся частями, называемые соплами Лаваля (см. рис. 4.1, а).

Рассмотрим случай истечения упругой жидкости при постоянных начальных параметрах среды и при начальной скорости, близкой к нулю (№’, =0).

Построим по (4.6) зависимость скорости потока от величин Р = р₂/Р и (З_кр = р_щУРх для сопла Лаваля (рис. 4.3, а).

Рис. 4.3. Зависимость скорости (а) и расхода (б) потока рабочего тела от отношения давлений

Как следует из рис. 4.3, а, скорость возрастает во всем диапазоне значений р. При Р = Р_кр кривая скорости имеет перегиб.

На этом же графике приведена кривая скорости для суживающихся сопел (пунктирная линия). От Р = 1 до Р = Р_кр кривые скорости для обоих сопел совпадают. При Р

При заданных начальных параметрах жидкости массовый расход М₅ достигает максимальной величины М™ ах при скорости истечения, равной критической, которая, как известно, имеет место в сечении А_тт сопла (рис. 4.3, б). Поэтому при р > р_кр расход определяется по (4.8), а когда Р в выходном сечении сопла. Рабочий воздух, выходящий из сопла в приемную камеру 3 со скоростью инжектирует из приемного патрубка 2 сыпучий материал и передает ему часть кинетической энергии. Смесь воздуха и транспортируемого материала поступает в камеру смешивания 4_У где ноле скоростей выравнивается и давление повышается до /?₃. Далее смесь поступает в диффузор 5 — и давление потока в данном сечении повышается до р_с.

Рис. 4.6. Принципиальная схема струйного аппарата для пневматического транспорта

Струйные аппараты рассчитываются на основании законов термодинамики, гидро- и газодинамики.

Геометрические размеры сопел струйных аппаратов определяют но формулам термодинамики.

При отношении давлений р₂/Р 1) давление на срезе сопла не зависит от величины противодавления и определяется начальным давлением в камере и процессом изменения состояния в сопле.

Расчетный режим истечения — частный случай равенства давлений на срезе сопла и в окружающей среде: р_а = р_И (рис. 4.8, а). В таком сопле возникает результирующая сила (тяга) Р_к, направленная в сторону, противоположную истечению и, в общем случае, пропорциональная XV — скорости движения жидкости вдали от выходного сечения сопла аппарата.

Истечение с недорасгиирением. В случае р_а > р/, (рис. 4.8, б) происходит педорасширение до скорости XV_а («укороченное» сопло), потеря энергии и недополучение требуемой тяги.

Истечение с перерасгиирением. В случае р_а 7 ‘ приходится на расчетный режим, поскольку и при нерерасширении и скачках уплотнения скорость потока замедляется, а тяга Р_к надает.

Рис. 4.8. Влияние режима истечения на величину реакции струи:

а — расчетный режим; б — истечение с недорасширением; в — истечение с перерасширением; р_а — давление в выходном сечении сопла; р/, — давление в окружающей среде; Р_к — результирующая сила (тяга)

источник

Теплотехника. Методические указания и задания к выполнению контрольных работ для студентов инженерного факультета по специальностям 110301 и 110304 (стр. 4 )

Для нужд теплоснабжения кроме топлива используют отходы теплоноси­телей от производственных процессов. Отходы теплоносителей в виде уходя­щих газов, пара и горячей воды называют вторичными энергоресурсами (ВЭР). ВЭР могут быть весьма значительными. Так, например, уходящие газы про­мышленных печей содержат до 40% подведенного к печи количества топлива. Вторичные энергоресурсы в виде уходящих газов и горячей воды подразде­ляют на группы по температурному признаку. Поэтому нужно знать, что ухо­дящие газы характеризуются высокими температурами и энтальпией, а горя­чая вода — низкими температурами и энтальпией. Теплоту уходящих газов целесообразно использовать в специально установленных котлах — утилизато­рах, вырабатывающих производственный пар, и подогревателях горячей воды для теплоснабжения. Не используемые предприятием вторичные энергоресурсы ведут к потерям теплоты, выбросу ее в атмосферу, что снижает экономические показатели предприятия, создает непроизводительный расход топлива и за­грязняет окружающую среду. Ознакомиться с перспективами использования ВЭР.

Литература: Семененко энергоресурсы и энерготех­нологическое комбинирование. М., 1979.

!. Что называют вторичными энергоресурсами? 2. По каким признакам классифицируют ВЭР? 3. Какова роль ВЭР в топливно — и теплопотреблении страны? 4. Каковы источники ВЭР и их использование? 5. Какова экономиче­ская эффективность использования ВЭР?

Общие методические указания

Согласно учебному плану студент-заочник выполняет две контрольные ра­боты. Первая — по разделам термодинамики и теплопередачи — состоит из че­тырех задач и четырех вопросов. Вторая — по разделу теплоэнергетические ус­тановки — состоит из трех задач и четырех вопросов.

Решать задачи и отвечать на вопросы необходимо, строго придерживаясь своего варианта (работы, выполненные не по своему варианту, не рецензиру­ются). Номер варианта определяют по таблице вариантов в зависимости от двух последних цифр учебного шифра студента. Например, при шифре 156 студент выполняет 56-й вариант задания, для которого в таблице соответ­ственно указаны номера задач и вопросов: 6, 11, 27, 31. Условия задач и фор­мулировки контрольных вопросов должны быть переписаны полностью. Реше­ния задач сопровождать краткими пояснениями и подробными вычислениями. При вычислении какой-либо величины нужно словами указать, какая величи­на определяется и по какой формуле. Необходимо указывать единицы вели­чин как заданных в условии задач, так и полученных в результате их ре­шения.

Ответы на контрольные вопросы должны быть краткими и исчерпывающи­ми. Не следует списывать ответы из учебника.

При решении задач и в ответах на вопросы применять только Междуна­родную систему единиц (СИ). Контрольные работы выполняют в тетради, в конце которой студент ставит свою подпись и приводит список использован­ной литературы. Для заметок рецензента на каждой странице тетради нужно оставлять поля. На обложке тетради указывать номер контрольной работы, название предмета, фа

милию, отчество, шифр, специальность и домашний адрес.

Методические указания к выполнению контрольной работы (Задание1)

В задачах 1—10 рабочим телом считать идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Значения теплоемкостей принимать согласно данным, получен­ным на основе молекулярно-кинетической теории и приведенным ниже.

Таблица 1 — Значение молярных теплоемкостей идеальных газов

Пример пользования этими данными.

Пусть имеем идеальный газ кислорода О2.

Молярная масса Мо2=32 кг/кмоль.

Массовая теплоемкость кислорода при постоянном объеме

массовая теплоемкость кислорода при постоянном давлении

удельная газовая постоянная кислорода

2. При изображении политропных процессов на p—v и T-s диаграммах не­обходимо также наносить основные процессы (изохорный, изобарный, изотер­мический, адиабатный). Политропные процессы изображать качественно без масштаба.

3. При решении задач помнить, что для идеального газа в диаграммах p—v и T—s точка считается полностью определенной, если для нее известны два основных параметра, так как третий параметр определяется из уравнения Клапейрона.

4. Задачи 11—20, посвященные водяному пару, следует решать с по­мощью h-s-диаграммы.

5. Начать решение задачи надо с качественного изображения процесса в координатах h—s.

6. Следует помнить, что заданная точка в диаграмме h—s, характеризую­щая состояние сухого насыщенного пара и перегретого водяного пара, опре­деляет шесть параметров (р, v, Т, h, s, u (u = h — pv)), а точка, заданная в об­ласти влажного насыщенного пара, определяет семь параметров (р, v, Т, h, s, u, x).

7. Так как удельная энтальпия и внутренняя энергия выражаются в кДж/кг, то при определении величины и из уравнения и = h— pv произве­дение pv должно быть выражено в тех же единицах. Это значит, что при выражении v в м3/кг, величина р должна быть выражена в кПа.

8. При определении температуры точки в области влажного насыщенного пара следует помнить, что в этой области диаграммы h—s изотермы совпадают с изобарами. Поэтому следует, поднимаясь по изобаре до пересечения с пог­раничной кривой x=1, отсчитывать значения температуры по изотерме, отходящей вправо от точки пересечения изобары с кривой х= 1. Если точка пересечения не попадает на фиксированную изотерму, то производят интерпо­ляцию между обозначенными изотермами.

9. Каждая точка в диаграмме h—s, характеризующая состояние водяного пара, определяется двумя параметрами. Например, любая точка в области перегретого пара будет определена, если известны р и t; р и v; h и р и т. д., в области влажного насыщенного пара — р и х; v и х; р и s и т. д.

10. Нужно помнить, что при определении скорости истечения пара из сопл с использованием h-s-диаграммы следует считать процесс, протекающий при постоянной энтропии.

11. При расчете дросселирования по диаграмме h-s следует считать, что h1= процесс осуществляется при неизменной энтальпии, т. е. , где — значения энтальпии в начале и конце процесса соответственно.

12. При решении задач 21—25 учитывать, что рабочим телом является иде­альный газ — воздух, для которого

13. Решение задач по циклам газовых тепловых машин надо начинать с изображения качественного графика цикла в -диаграммах.

14. Задачи 27 — 30 по циклам паросиловых установок следует решать с помощью диаграммы .

15. При определении термического к. п. д. цикла Ренкина иметь в виду, что — энтальпия конденсата в конденсаторе, которая определяется по формуле — теплоемкость воды, а — температура конденсата, определяемая по -диаграмме.

16. При решении задач 35 — 37 определяющей температурой является температура воздуха, по которой определяются параметры из табл. X приложения учебника [1].

17. При решении задач 39 — 40 для определения средиелогарифмического напора использовать формулу

предварительно построив график изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена, откуда снять значения , т. е. наибольшее и наименьшее значения температурных напоров.

1. Газовая смесь массой 10 кг состоит из 6 кг азота, 1 кг углекислого газа и 3 кг окиси углерода. Начальное состояние смеси: давление р1 = 2 МПа, температура t1 = 37°С. В процессе Т =const смесь расширяется до давления р2 = 0,5 МПа. Определить работу расширения смеси L, количество подведенной теплоты Q, объем V, до которого расширится газовая смесь, и парциальные давления газов, входящих в смесь в начальном состоянии. Изобразить графически процесс в диаграммах.

2. Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, при давлении р диаграммах.

3. В сосуде объемом V=10 м3 при температуре t1 — 27°С содержится воздух в количестве m = 100 кг. Сколько необходимо выпустить из сосуда воздуха, чтобы при подводе к оставшемуся воздуху теплоты в количестве Q = 10 МДж давление в сосуде оставалось неизменным? Изобразить графически процесс в диаграммах.

4. В резервуаре содержится 100 кг углекислого газа при температуре t1 = 80°С и давлении р1 — 1 МПа. После выпуска части газа давление в резервуаре стало р2 — 0,2 МПа, а температура t2 = 30°С. Определить массу выпущенного газа и показатель политропы процесса. Изобразить графически процесс в диаграммах.

5. Определить работу, совершаемую при изотермическом и адиабатном процессах расширения 10 кг азота, если его давление уменьшается от р1= 1 МПа до р2 = 0,1 МПа. Начальная температура газа t1 = 700°С. В каком из этих процессов удельная работа расширения больше к на сколько? Изобразите оба процесса в диаграммах.

6. Начальное состояние 1 кг воздуха задано параметрами р1 — 10 МПа и t1 = 147°С. Воздух сначала расширяется изотермически до давления р2 = 1,0 МПа, а затем сжимается изобарно до удельного объема V3 = 0,07 м3/кг. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии воздуха, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить графически процессы а диаграммах pv и Ts.

7. Начальное состояние 10 кг кислорода характеризуется параметрами р1=15МПа и t1=200°С. В процессе 1—2 происходит политропное измене­ние состояния до p2= 1,5 МПа и t2 = 67°С, а в процессе 2 — 3 кислород изохорно сжимается до давления р3 = 6 МПа. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии кислорода, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить процессы в pv— и Ts—диаграммах.

8. Начальное состояние 1 кг углекислого газа характеризуется парамет­рами р1=1 МПа и V1 = 0,1 м3/кг. В политропном процессе изменения его состояния к газу подводится теплота q — 150 кДж/кг, при этом он совершает работу l=200 кДж/кг. Определить показатель политропы процесса и пара­метры углекислого газа в конце процесса. Изобразить процесс в pv— и Ts-диаграммах.

9. Воздух в идеальном одноступенчатом компрессоре сжимается до давления р2 — 0,5 МПа. Начальное давление р1 = 0,1 МПа, а температура tx = 27°С. Массовая подача воздуха тх = 1,3 кг/с. Определить теоретическую (без потерь) мощность, затрачиваемую на привод компрессора, для случаев изотермического и адиабатного сжатия воздуха. Найти удельное количество теплоты, которое необходимо отводить для осуществления изотермического процесса сжатия. Изобразить графически процессы сжатия воздуха в pv— и Ts-диаграммах.

10. В идеальном одноступенчатом компрессоре воздух сжимается до дав­ления р2 = 0,3 МПа и температуры Т2 = 373 К. Начальное состояние воздуха характеризуется давлением р1 = 0,1 МПа и температурой t1 — 27°С. Определить вид процесса и удельную работу сжатия. На сколько эта работа будет боль­ше удельной работы при изотермическом сжатии при той же степени повы­шения давления и начальной температуре t1 = 27°С?

11. Водяной пар массой 1 кг с давлением р1 = 3,5 МПа и температурой t1 = 435°С в паровой турбине изоэнтропно расширяется до давления р2=6 кПа. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процесса, изме­нение внутренней энергии, работу расширения. Дать качественный график процесса в hs-диаграмме.

12. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг при давлении р1 =1,0 МПа и степени сухости х1 = 0,85 нагревается в процессе при постоянном давлении до состояния сухого насыщенного пара. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процессов, теплоту, работу и изменение внут­ренней энергии. Изобразить тепловой процесс в hs-диаграмме.

13. Из парового котла влажный насыщенный водяной пар с начальными параметрами p1=1,5 МПа и х1 = 0,98 поступает в пароперегреватель, после которого температура пара возрастает до t2 = 375°С (процесс перегрева пара происходит при постоянном давлении). Определить удельную теплоту, затра­ченную на перегрев в пароперегревателе, изменение удельной энтальпии и удельный объем пара в начальном и конечном состояниях. Изобразите теп­ловой процесс в /s-диаграмме.

14. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1 = 5 МПа и t1 = 350°С в сопле Лаваля изоэнтропно расширяется до дав­ления р2 = 0,12 МПа. Определить параметры пара в конце расширения, а также работу и изменение внутренней энергии. Представить качественный график процесса в /s-диаграмме.

15. В процессе изотермического расширения 1 кг влажного насыщенного пара с начальными параметрами p1 = 2,0 МПа и х1 = 0,85 подводится 510 кДж/кг теплоты. Определить конечное состояние пара, работу расширения и изменение внутренней энергии. Представить процесс в hs— и Ts-диаграммах.

16. Перегретый водяной пар массой 10 кг с начальными параметрами, р1=5,0 МПа и t1 = 350°С дросселируется до конечного давления р2 = 1,8 МПа. Определить параметры пара до и после дросселирования, изменение внутрен­ней энергии и энтропии. Представить процесс дросселирования пара в hs—диаграмме.

17. В баллоне находится 1 кг азота под давлением 20,0 МПа и t1= 20°С. При выпуске из баллона азота он дросселируется до давления 8 МПа. Определить параметры азота после дросселирования, а также изменение энтропии в процессе дросселирования, считая азот идеальным газом. Теплоемкость принимать постоянной.

18. К соплам одноступенчатой активной паровой турбины поступает пере­гретый водяной пар с давлением р1 = 3,0 МПа. В соплах пар изоэнтропно (адиабатно) расширяется до давления 0,5 МПа. Определить параметры пара до и после истечения, а также абсолютную скорость истечения пара. Пред­ставить тепловой процесс истечения пара в /s-диаграмме.

19. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг с начальным давлени­ем р1=0,8 МПа и степенью сухости x1 = 0,72 в процессе при постоянном давлении нагревается до сухого насыщенного пара. Определить параметры состояния в начальной и конечной точках процесса, а также теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразите тепловой процесс в hs-диаграмме.

20. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1=2,5 МПа и удельным объемом v1 = 0,09 м3/кг нагревается в процессе при постоянном давлении до температуры 320°С. Определить конечный удельный объем водяного пара, количество подведенной теплоты, работу, совершенную паром в процессе, а также изменение внутренней энергии. Представить про­цесс в hs— и Ts-диаграммах.

21. Сравнить значения термического к. п. д. для изобарного и изохорного подводов теплоты в идеальном цикле двигателя внутреннего сгорания, если температура и давление рабочего тела (воздуха) t1 = 65°С и р1 = 0,095 МПа, степень сжатия е = 11 и в процессе подводится q = 800 кдж/кг теплоты. Представить циклы в pv — диаграмме.

22. Для идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме определить параметры (р, v, Т) в характер­ных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, термический к. п. д, а также полезную работу в цикле, если 1 кг воздуха в начале адиа­батного сжатия имеет следующие параметры: р1 = 0,1 МПа и t1 = 20°С, сте­пень сжатия ԑ = 7, степень повышения давления λ = 1,7. Изобразить цикл в pv— и Ts-диаграммах.

23. Для идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении определить основные параметры (р, v, Т) в харак­терных точках, термический к. п. д., полезную работу, а также количество подведенной и отведенной теплоты, если температура и давление рабочего тела (воздуха) в начале адиабатного сжатия равны t1 = 40°С и р1 =0,085 МПа, а температура рабочего тела в конце расширения t2 = 180°С, степень повы­шения давления λ = 4, степень предварительного расширения р = 2,1. Пред­ставьте цикл в pv— и Ts-диаграммах.

24. Рабочее тело (воздух) с первоначальными параметрами t1 = 70°С и р1 = 0,12 МПа поступает в двигатель внутреннего сгорания, работающий по идеальному циклу со смешанным подводом теплоты. Определить параметры (p, V, Т) в характерных точках, количество подведенной и отведенной тепло­ты, полезную работу цикла и термический к. п. д., если степень сжатия ԑ = 15, степень повышения давления λ = 1,8, степень предварительного расши­рения р = 1,4. Представить цикл в pv— и Ts-диаграммах.

25. В цикле воздушной холодильной машины в компрессор поступает воз­дух из холодильной камеры с давлением р1 =» 0,095 МПа и температурой t1=12°С. Определить температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру, холодильный коэффициент, холодопроизводительность (q2), теорети­ческую работу, затрачиваемую в цикле, если давление воздуха в расшири­тельном цилиндре р = 0,5 МПа, а температура t = 15°С. Изобразить рассмат­риваемый цикл в pv— и Ts-диаграммах.

26. Определить температуру и объем сжатого метана, а также теорети­ческую работу сжатия и теоретическую мощность для привода компрессора, если идеальный одноступенчатый компрессор всасывает V = 350 м3/с метана при Р1 = 0,1 МПа и t1 = 17°С и сжимает его политропно при n = 1,25 до давления р2 = 0,3 МПа. Изобразить теоретический цикл одноступенчатой компрессорной установки в pv-диаграмме.

27. Паросиловые установки работают по циклу Ренкина при одинаковых начальных и конечных давлениях р1 = 3 МПа и р2 = 5,0 кПа соответственно.

Сравнить термические к. п. д. идеальных циклов, если в одном случае рабо­чее тело — влажный пар со степенью сухости Х= 0,85, в другом — сухой насыщенный пари в третьем — перегретый пар с температурой t1 = 380°С. Изобразить тепловые процессы идеальных циклов в hs-диаграмме.

28. Паротурбинная установка работает по циклу с промежуточным пере­гревом пара. Первоначальные параметры пара на входе в турбину P1=20 МПа и t1 = 500°С, давление в конденсаторе р2 = 0,004, промежуточный перегрев пара происходит при рп. п = 4,0 МПа до температуры tп. п = 450°С. Определить термический к. п. д., удельный расход пара, количество теплоты, сообщенной пару в парогенераторе, потерю теплоты в конденсаторе и степень сухости влажного пара. Изобразить тепловой процесс цикла в hs-диаграмме.

29. В паросиловом цикле Ренкина пар перед турбиной имеет параметры Р1= 3,5 МПа и t1 = 435°С, давление в конденсаторе р2 = 0,004 МПа. Опреде­лить термический к. п. д. цикла, сравнить его с к. п. д. цикла Карно, а также определить абсолютный внутренний к. п. д. паровой турбины, если внутренний относительный к. п. д. µoh = 0,82. Представить цикл в Ts-диаграмме и тепло­вой процесс в турбине в hs-диаграмме.

30. Паровые турбины мощностью до Ne = 1000 кВт выпускали раньше с начальными параметрами р1 = 3,0 МПа, t1 = 380°С и давлением в конденса­торе р2=0,004 МПа. В настоящее время паровые турбины выпускаются с начальным давлением p1 = 3,5 МПа, температурой t1= 435°С и давлением в конденсаторе p1= 0,0045 МПа. Определить, на сколько процентов умень­шается секундный и удельный расходы пара при переходе на новые парамет­ры, если внутренний относительный к. п. д. остается одинаковым и равным µoh — 0,74, а механический к. п. д. µм = 0,96. Представить тепловой процесс в турбинах в hs-диаграмме.

31. Передача теплоты в котле от дымовых газов к воде происходит через стальную стенку, покрытую слоем сажи. Принимая стенку плоской, опре­делить:

1) коэффициент теплопередачи и поверхностную плотность теплового пото­ка, если δст = 20 мм; λст = 50 Вт/(м. К), а δс = 2 мм, λс = 0,08Вт/(м • К);

2) температуры на поверхности сажи (tс) и на поверхностях стальной стенки (t ст1 и tст2)°С.

При расчетах принять: температуру дымовых газов t1 = 900°С, температуру кипящей воды t2 = 170°С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 = 50 Вт/(м2• К), а от стенки к кипящей воде α2 = 5000 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично характер изменения температуры в теплоносителях, разделяющей их стальной стенке и слое сажи.

32. Стальная труба паропровода покрыта слоем теплоизоляции с тепло­проводностью λиз = 0,07 Вт/(м • К) и толщиной δиз = 60 мм. Найти суточную потерю теплоты с 1 м длины изолированного паропровода и определить, во сколько раз при наличии изоляции потеря теплоты меньше, чем при неизоли­рованном паропроводе. Определить температуру на наружной поверхности теплоизоляции. При расчете принять следующие исходные данные: d1тр = 50 мм, d2тp = 60 мм, λст= 50 Вт/(м • К), температура пара t1 = 170°С, температура окружающей среды t2= 15°С, коэффициенты теплоотдачи: от пара к стенке αх = 2000 Вт/(м2 • К) и от стенки к окружающей среде α2 = 10 Вт/(м3 • К).

33. Плоская стальная стенка толщиной δСТ = 30 мм с одной стороны по­крыта слоем накипи, толщиной δн = 3 мм, а с другой стороны слоем сажи толщиной δс = 1,5 мм. Теплопроводность принять: для стали λст = 50 Вт/(м — К), для накипи λн = 2,3 Вт/(м • К), для сажи λс — 0,08 Вт/(м•К). Температура наружной поверхности сажи tc = 600°С, а температура наружной поверхности накипи tн = 120°С. Определить поверхностную плотность теплового потока через стенку, температуры на поверхностях соприкосновения сажи и накипи с металлом. Найти, во сколько раз увеличится поверхностная плотность тепло­вого потока через стенку, если удалить сажу и накипь. Привести графики изменения температур в обоих случаях.

34. Цилиндрическая стальная труба с внутренним диаметром d1 = 150 мм и толщиной стенки δСТ = 20 мм (λсх = 40 Вт/(м • К)) покрыта двухслойной теп­лоизоляцией толщиной δиз1 = 100 мм (λиз1 = 0,12 Вт/(м • К)) и δиз2 = 100 мм (λиз2 = 0,06 Вт/(м • К)). Найти толщину слоя изоляции δнз с теплопроводностью λнз = 0,035 Вт/(м • К), которой можно заменить двухслойную изоляцию без изменения теплоизоляционных свойств системы. Показать характер распреде­ления температур в обоих случаях.

35. Воздух с температурой tв = 140°С и давлением рв= 0,1 МПа движется по трубе диаметром d = 200 мм со скоростью V = 10 м/с. Температура внут­ренней поверхности стенки трубы tст1 = 100°С. Определить суточную потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи трубой длиной 5 м.

36. Определить суточную потерю теплоты за счет теплообмена при сво­бодной конвекции горизонтальной трубой диаметром d = 0,2 м и длиной l = 5 м. Температура на поверхности трубы t1 — 100°С, температура окружаю­щего воздуха t2 — 20°С и давление р2 = 0,1 МПа.

37. Определить суммарную часовую потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи и излучения с 1 пог. м горизонтального паропровода диаметром d = 160 мм, если температура наружной поверхности трубы t = 180°С, темпе­ратура воздуха в помещении tB — 20°С, коэффициент черноты поверхности паропровода ԑ = 0,8. Принять, что площадь поверхности стен помещения m много раз больше площади поверхности паропровода.

38. Из какого материала должен быть изготовлен экран, чтобы при уста­новке его между параллельными пластинами с коэффициентом черноты ԑ1=ԑ2=0,9 тепловой поток излучением уменьшился в 33 раза? Чему равна в этом случае температура экрана, если температура пластин t1= 300°С и t2 = 20°С?

39. Найти расход конденсирующегося пара и площадь поверхности труб­чатого пароводяного подогревателя при следующих условиях: давление сухого насыщенного пара, конденсирующегося на внешней поверхности труб, р = 0,2 МПа; текущая по трубам вода нагревается от °С до t”2 = 100°С; расход воды mt = 3 кг/с; средний коэффициент теплопередачи К = 2800 Вт/(м2 * К). При расчетах теплоемкость воды принять св = 4,19 кДж/(кг • К). Изобразить схематично график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

40. Определить поверхности нагрева для трубчатых прямоточного и про-тивоточного водонагревателей, обогреваемых дымовыми газами. Для расчета принять: температуры дымовых газов до и после подогревателя = 300°С и t”1— 200°С; температуру воды, поступающей в подогреватель, t‘2 = 10°С, а выходящей из него — t”2 = 80°С. Секундный расход воды тt = 5 кг/с, теп­лоемкость воды св = 4,19 кДж/(кг • К), коэффициент теплопередачи от дымо­вых газов к воде К=15 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично график измене­ния температур рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева для схемы „прямоток» и „противоток».

1. Почему нельзя представить необратимый процесс изменения состояния рабочего тела в координатах pv и Ts?

2. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы термодинамический про­цесс был обратимым? что является причиной необратимости реальных термодинамических процессов?

3. Почему внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию рабочего тела на­зывают параметрами или функциями состояния, а теплоту и работу — функ­циями процесса?

4. В чем отличие записи уравнения первого закона термодинамики для цикла (кругового процесса) и для отдельного произвольного процесса изме­нения состояния рабочего тела?

5. Почему в диапазоне температур Tmax и Tmhn не существует термодина­мического цикла с термическим к. п. д. большим, чем у цикла Карно?

6. В чем сущность второго закона термодинамики? Покажите его дей­ствие на примере любого известного вам теплового двигателя. В чем разница математической записи второго закона термодинамики для обратимого и необ­ратимого процессов?

7. Как доказать, что в рv-диаграмме адиабатный процесс расширения 1 кг идеального газа идет более круто, чем изотермический, считая, что на­чальное состояние газа в обоих случаях одинаково?

8. Пользуясь уравнениями первого закона термодинамики для потока и для закрытой системы, покажите, за счет чего совершаются все виды работы ра­бочего тела в потоке.

9. Покажите, что изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса?

10. Как будет изменяться энтропия каждого из тел в изолированной си­стеме, состоящей из теплоотдатчика, теплоприемника и тепловой машины, ко­торая работает по циклу Карно, полагая, что все процессы в системе обра­тимы?

11. Что такое влажный воздух? какой влажный воздух называется насы­щенным и какой ненасыщенным? чему равны при этих состояниях влажного воздуха парциальное давление и температура пара?

12. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха? Какую температуру называют температурой точки росы? что такое влагосодержание воздуха и как оно определяется?

13. Для чего применяется сопло Лаваля? Изобразите схематически это сопло. Как меняются вдоль сопла давление и скорость газа?

14. Изобразите тепловой процесс в сопле Лаваля в ts-диаграмме. При­ведите уравнения для определения теоретической и действительной скоростей истечения.

15. Приведите определения следующих процессов и понятий: парообра­зование, конденсация, испарение, кипение, насыщенный пар, влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.

16. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs изохорный и изотермический процессы превращения влажного насыщенного водяного пара в перегретый. Дайте краткие пояснения.

17. Как с помощью формул и таблиц воды и водяного пара по заданной величине температуры и степени сухости пара определить давление, удельные объем, энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию влажного насыщенного пара? Назовите входящие в формулы величины и в каких единицах они вы­ражаются.

18. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs обратимый адиабатный процесс расширения перегретого водяного пара до состояния влажного насыщенного пара. Дайте необходимые пояснения.

19. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs изобарный процесс превраще­ния влажного насыщенного водяного пара в перегретый и обратимый адиабат­ный процесс сжатия влажного насыщенного водяного пара до состояния пере­гретого пара. Дайте необходимые пояснения.

20. Изобразите диаграммы pv и Ts для водяного пара и объясните ха­рактерные области, линии и точки, нанесенные на них. Что называется удель­ной теплотой парообразования? может ли теплота парообразования равняться нулю?

21. Изобразите теоретическую индикаторную диаграмму поршневого комп­рессора для случаев изотермического и адиабатного сжатия. Покажите на ней площади, которыми изображаются работы наполнения, сжатия и вытал­кивания. В каком случае работа сжатия больше? для чего применяется охлаж­дение компрессора?

22. Как определяется термический к. п. д. идеального цикла поршневых дви­гателей внутреннего сгорания с изохорным и изобарным подводами теплоты? какой из этих к. п. д. при одинаковых максимальных и минимальных темпе­ратурах в циклах больше и почему?

23. Как влияют в цикле Ренкина давление и температура пара на вход в турбину, а также давление в конденсаторе на величину термического к. н. д. цикла? Для объяснения используйте схемы, изображенные в диаграмме hs.

24. Изобразите схему паровой компрессорной холодильной установки. Опе­шите кратко принцип ее работы. Изобразите идеальный цикл работы уста­новки в диаграмме Ts, Чем отличаются паровые компрессорные установки от абсорбционных?

25. Изобразите схему газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и ее цикл в координатах pv и Ts. Дайте краткие пояснения. Назовите основные методы повышения термического к. п. д. газотурбинной установки.

26. Приведите принципиальную схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, и изобразите цикл работы в координатах pv и Ts.

27. Изобразите схему двухконтурной атомной теплоэнергетической уста­новки и объясните принцип ее действия. В чем состоят принципиальные отли­чия этой установки от обычных паросиловых установок?

источник

Общие сведения об истечении и дросселировании. Истечение — это процесс непрерывного движения газа или пара по каналу изменяющегося сечения. При истечении газа или пара меняются основные параметры его состояния. Для осуществления процесса истечения в теплотехнике применяют короткие участки трубопроводов—специальные насадки, называющиеся соплами или диффузорами.

Соплом называется канал с таким профилем, при движении по которому пара или газа увеличивается скорость потока и уменьшается давление. В сопле потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Диффузором называется канал с таким профилем, при движении по которому газа или пара давление увеличивается, а скорость потока уменьшается, т. е. кинетическая энергия уменьшается. Диффузоры широко применяются в струйных насосах, а сопла — в паровых и газовых турбинах.

Сопла бывают суживающимися и расширяющимися. Суживающееся сопло — это насадка, поперечное сечение которой постепенно уменьшается от входа к выходу (рисунок 4.4, а). Если к выходному концу суживающегося сопла прибавить плавно расширяющуюся часть, получится расширяющееся сопло (рисунок 4.4, б).

Процесс истечения в суживающемся сопле. Пусть через сопло (см. рисунок 4.4, а), во входном сечении которого I—I поддерживаются постоянные параметры газа Р₁, υ₁, Т₁ ), протекает газ в пространство, где также все время поддерживаются постоянными давление Р₂, температура Т₂ и удельный объем υ₂, причем давление на входе P₁ больше давления на выходе Р₂.

Так как струя газа, протекающего через сопло, неразрывна, то в единицу времени через любое сечение сопла проходит одинаковое количество газа. Следовательно, при проходе газа через малое сечение скорость его увеличивается, а при проходе через большое сечение уменьшается. Давление же будет изменяться обратно изменению скорости, т.е. чем больше скорость, тем меньше давление, и наоборот.

Рисунок 4.4 — Схемы насадок: а — сопло Лаваля; б — диффузор

Таким образом, по мере протекания газа через суживающееся сопло его давление быстро падает, а скорость увеличивается, т.е. газ расширяется и удельный объем его растет. В узком выходном сечении давление достигает наименьшего значения и называется критическим (Pкр), скорость же становится наибольшей и тоже называется критической (Cкр). Измерения показали, что для большинства газов и паров критическое давление составляет примеряю половину давления на входе в сопло: Ркр

0,5Р₁, т.е. на создание скорости в суживающемся сопле расходуется лишь часть энергии, соответствующая половине располагаемого давления, а вторая часть затрачивается на создание завихренного потока после сопла. Таким образом, вторая часть энергии расходуется бесполезно; ее нельзя, например, направить на лопатки турбины для совершения работы.

Процесс истечения в расширяющемся сопле. Шведский инженер Лаваль предложил сопло, в котором можно получить давление ниже критического. Такое сопло, называется расширяющимся или комбинированным. Узкое сечение II—II называется горлом сопла. При переходе через горло газ или пар имеет критические давление и скорость.

В сопле Лаваля можно получить скорость истечения в 2,5—3 раза больше критической. Это объясняется тем, что вследствие перепада давления Р₂

Чтобы струя газа или пара при проходе через расширяющуюся часть сопла не отставала от стенок и не возникали вихревые движения, угол конусности в этом месте должен быть небольшим.

Истечение через диффузоры. До сих пор мы рассматривали истечение через сопла, в которых происходит понижение давления газа и повышение его скорости. Однако процесс может протекать и в обратном направлении. В этом случае скорость газа уменьшается, а давление его повышается, т. е. сопло превращается в диффузор.

Допустим, что происходит процесс истечения газа через сопло Лаваля (рисунок 4.4, а). В сечении 3—3 устанавливаются критические скорость и давление, а в выходном сечении 2—2 — скорость, превышающая критическую, и давление, равное давлению окружающей среды.

Если процесс движения газа по соплу и истечения из него считать обратным, то при протекании в обратном направлении (см. рисунок 4.4, б) сечения 1—1 до сечения 2—2 давление газа понизится, а скорость повысится.

Такие диффузоры для газа и воздуха широко применяются в центробежных компрессорах.

Дросселирование паров и газов. Если в трубопроводе на пути прохождения пара или газа давлением P₁ имеется сужение (рисунок 4.5), то давление Р₂ по другую сторону сужения становится меньше. Происходящее таким путем понижение давления пара или газа называется дросселированием, или мятием.

Рисунок 4.5 — Схема процесса дросселирования пара

Вентили, употребляемые для регулирования мощности паровых машин и турбин, а также дроссельные заслонки для двигателей внутреннего сгорания вызывают дросселирование. Падение давления пара при дросселировании объясняется тем, что часть пара потенциальной энергии пара за­трачивается на увеличение скорости его прохода через сужение.

После сужения скорость движения потока уменьшается и становится равной скорости потока до сужения. Однако часть кинетической энергии потока, приобретенной им при истечении через сужение, затрачивается на образование вихрей. Освобождающаяся при этом теплота потока нагревает его.

Таким образом, при дросселировании уменьшается только давление и незначительно понижается температура, скорость же остается без изменения.

Дросселирование рабочего пара в паровых двигателях — явление нежелательное, так как при этом снижается экономичность паросиловых установок. На судах иногда возникает необходимость в получении путем дросселирования небольших количеств пара низкого давления из котлов высокого давления (например, для парового отопления, подогрева топлива). Для этой цели на ответвление паровой магистрали для прохода пара устанавливают специальные клапаны с малым сечением, называемые дроссельными или редукционными. Регулируя натяжение пружины клапана, можно получить необходимое давление за клапаном.

Кроме того, дросселирование находит применение в рабочих процессах, холодильных установок.

Дата добавления: 2017-09-19 ; просмотров: 3623 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник