Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Первый закон термодинамики для потока
На практике при рассмотрении рабочих процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучении закономерностей движения рабочих тел (газов, пара и жидкостей). Уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа при следующих допущениях: · движение газа по каналу установившееся и неразрывное; · скорости по сечению, перпендикулярному оси канала, постоянны; · пренебрегается трение частичек газа друг другу и о стенки канала; · изменение параметров по сечению канала мало по сравнению их абсолютными значениями, имеет вид: q = u + e + lпрот. + lтехн. , (5.1) где e = (w22 – w21)/2 + g·(z2 –z1) – изменение энергии системы, состоящий из изменения кинетической и потенциальной энергий; w1 ,w2 – скорости потока в начале и в конце канала; z1 , z2 – высота положения начала и конца канала. 1. lпрот. = P2· 2 – P1· 1– работа проталкивания, затрачиваемая на движения потока; 2. lтехн. – техническая (полезная) работа (турбины, компрессора, насоса, вентилятора и т.д.). 3. q = (u2 – u1) + (w22 – w21)/2 + g·(z2 –z1) + P2· 2 – P1· 1 + lтехн. (5.2) Введем понятия энтальпии, который обозначим через величину: h = u + Pх , (5.3) h2 = u2 + P2· 2 ; h1 = u1 + P1· 1 . (5.4) Тогда уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа будет иметь вид: q = h2 – h1 + (w22 – w21)/2 + g·(z2 –z1) + lтехн. (5.5) Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля Если при перемещении газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом. Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называют диффузором. В каналах, при небольшой разности давлений газа и внешней среды, скорость течения рабочего тела достаточно большая. В большинстве случаев длина канала небольшая и процесс теплообмена между стенкой и газом незначителен, поэтому процесс истечения газа можно считать адиабатным. Скорость истечения (на выходе канала) определяется из уравнения: w = w2 = v 2(h1 – h2) . (5.6) или w = v 2 /(γ - 1)·P1·х 1 [1 – (P2/P1)(γ -1)/γ]. (5.7) Массовый секундный расход газа, [кг/с]: m = f·w/х 2 , (5.8) где: f – площадь сечения канала на выходе. Так как процесс истечения адиабатный, то: m = f· 2γ/( - 1)·P1/х 1·[(P2/P1)2/ – (P2/P1)(+1)/]. (5.9) Массовый секундный расход идеального газа зависит от площади выходного канала, начального состояния газа и степени его расширения. Критическим давлением называется такое давление на выходном сечении канала, при котором достигается максимальный расход газа и определяется следующим выражением: PК = P2 = К·P1 , (5.10) где: PК = (2/( + 1))г/(г-1) . для одноатомных газов: =1,66 К = 0,49 ; для двухатомных газов: =1,4 К = 0,528 ; для трехатомных газов: =1,3 К = 0,546 . Критической скоростью называется скорость газа в выходном сечении канала, при давлении равном или меньшем критического - PК. wК = 2(/( + 1))·P1·х 1 . (5.11) Критическая скорость зависит при истечении идеального газа только от начальных параметров, его природы и равна скорости звука газа (а) при критических параметрах. wК = а = ·PК·хК . (5.12) Комбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для порлучения скоростей истечения, превышающих критическую или скорость звука. Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейсяя конической насадки (Рис.5.1). Опыты показывают, что угол конусности расширяющейся части должен быть равен = 8-12о. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала. Скорость истечения и секундный расход идеального газа определяются по формулам (5.7) и (5.9). Длину расширяющейся части сопла можно определить по уравнению: l = (D – d) / 2·tg(/2) , (5.13) где: - угол конусности сопла; D - диаметр выходного отверстия; d - диаметр сопла в минимальном сечении. Дросселирование Дросселированием называется явление, при котором пар или газ переходит с высого давления на низкое без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. Такое явление происходит в трубопроводе, где имеется место сужения проходного канала (Рис.5.2). При таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р2, всегда меньше давления перед ним – Р1.
Любой кран, вентиль, задвижка, клапан и прочие местные сопротивления, уменьшающие проходное сечение трубопровода, вызывают дросселирования газа или пара, следовательно падения давления. В большинстве случаев это явление приносит безусловный вред. Но иногда оно является необходим и создается искусственно (регулирование паровых двигателей, в холодильных установках, в приборах для измерения расхода газа и т.д.). При прохождении газа через отверстие, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления. Газ, протекая через отверстие, приходит в вихревое движение. Часть его кинетической энергии затрачивается на образование этих вихрей и превращается в теплоту. Кроме того, в теплоту превращается и работа, затраченная на преодоление сопротивлений (трение). Вся эта теплота воспринимается газом, в результате чего температура его изменяется (уменьшается или увеличивается). В отверстие скорость газа увеличивается. За отверстием газ опять течет по полному сечению и скорость его вновь понижается. А давление увеличивается, но до начального значения оно не поднимается; некоторое изменение скорости произойдет в связи с увеличением удельного объема газа от уменьшения давления. Дросселирование является необратимым процессом, при которм происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела. Уравнением процесса дросселирования является следующее уравнение:i1 = i2 . (5.14) Это равенство показывает, что энтальпия в результате дросселирования не изменяется и справедливо только для сечений, достаточно удаленных от сужения. Для идеальных газов энтальпия газа является однозначной функцией температуры. Отсюда следует, что при дросселировании идеального газа его температура не изменяется (Т1 = Т2). При дросселировании реальных газов энтальпия газа остается постоянной, энтропия и объем увеличиваются, давление падает, а температура изменяется (увеличивается, уменьшается или остется неизменной). Изменение температуры жидкостей и реальных газов при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона. Для идеального газа эффект Джоуля-Томсона равен нулю. Различают дифференциальный температурный эффект, когда давление и температура изменяются на бесконечно малую величину, и интегральный температурный эффект, при котором давление и температура изменяются на конечную величину. Дифференциальный температурный эффект обозначается - б: = (T/P)i . (5.15) Интегральный температурный эффект определяется из следующего уравнения: T = T2 – T1 = [T·(/T)p – ] / cp dP . (5.16) Для реальных газов T0 и может иметь положительный или отрицательный знак. Состояние газа, при котором температурный эффект меняет свой знак, называется точкой инверсии, а температура, соответствующая этой точке, называется температурой инверсии - Тинв. Тинв = ·(Т/ )p . (5.17) |
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-05-27; просмотров: 244. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |