Основни теоретични положения
Каналът, в който скоростта на газовия поток се увеличава с намаляване на налягането, се нарича дюза, каналът, в който скоростта на газа намалява и налягането се увеличава, се нарича дифузьор. Тъй като целта на дюзата е да преобразува потенциалната енергия на работния флуид в кинетична енергия, при анализиране на процеса, протичащ в дюзата, началната скорост на потока c1 не е значима и може да се приеме равна на нула. Тогава уравнението на първия закон на термодинамиката за адиабатното изтичане на работния флуид през дюзата приема формата:
, (45)
където c2 е теоретичната скорост на потока в изходното сечение на дюзата, m/s;
P1 е началното налягане на работния флуид, MPa;
P2 е налягането на средата, в която изтича работният флуид, MPa.
Разликата в енталпията (h1–h2) по време на изтичането на работния флуид през дюзата се нарича наличен адиабатичен топлинен спад, обозначава се с Dh0 и съответства на максималната кинетична енергия, която може да се получи само при идеални условия на изтичане и всъщност поради неизбежните загуби, свързани с необратимостта на процеса, тя никога не се достига.
Изхождайки от равенството, теоретичната скорост на изтичане на работния флуид през дюзата в разглеждания случай може да се изчисли по формулата, m/s:
, (46)
където Dh0 се изразява в килоджаули на килограм (kJ/kg).
Формула (46) е валидна за всеки работен флуид.
Нека разгледаме адиабатно изтичане на газ през конвергираща дюза от резервоар с достатъчно голям обем, в който промяната на налягането може да бъде пренебрегната (Р1 ≈ const).
В резервоара газът има параметри P1, T1, v1, а на изхода на дюзата - P2,Т2, v2, c2. Нека обозначим налягането на средата, в която възниква изтичането на газ, като P0. Основната характеристика на процеса на изтичане е отношението на крайното налягане към първоначалното: .
В зависимост от стойността на съотношението на налягането могат да се разграничат три характерни режима на изтичане на газ: за b>gt; bcr - подкритичен, при b = bcr - критичен и при b bcr , P2 = P0 -
; (48)
, (49)
или, замествайки стойността на bcr от формула (47) във формула (49), получаваме:
. (50)
Тогава при условията на адиабатно изтичане на работния флуид
, (51)
където a е локалната скорост на звука в изходната част на дюзата.
Формула (51) показва, че критичната скорост на изтичане на газ от дюзата е равна на скоростта на разпространение на звукова вълна в този газ с нейните параметри Рcr и vcr, т.е. локалната скорост на звука в изходната част на дюзата. Това е физическото обяснение на факта, че при намаляване на външното налягане Р0 под Ркр, скоростта на изтичане не се променя, а остава равна на кр.
За разлика от адиабатния процес, реалният процес на изтичане на реален газ възниква, когато газовите частици се трият една в друга и в стените на канала. В този случай работата, изразходвана за преодоляване на силите на триене, се превръща в топлина, в резултат на което температурата и енталпията на газа в изходния участък на канала се увеличават.
Изтичането на газ с триене става необратим процес и се придружава от увеличаване на ентропията.
Процесите на газово разширение 1 - 2 при поток без триене и 1 - 2e при поток с триене са представени в h, s-координати на фиг. 5. При еднакъв спад на налягането (P1 - P2), действителният топлинен спад ( ) е по-малък от наличния ( ), в резултат на което действителната скорост на изтичане на газ е по-малка от теоретичната.
| Dh |
| Dhd |
| 2г |
Ориз. 5. Графично представяне на процесите на адиабатно и реално изтичане на газ в h,s-диаграмата
значителна скорост на изтичане спрямо теоретичната:
. (54)
Скоростният коефициент на дюзата, който отчита намаляването на действителната скорост спрямо теоретичната, при съвременните дюзи е 0,95 - 0,98.
Съотношението на действителния топлинен спад към теоретичния се нарича ефективност на канала:
. (55)
Като се вземат предвид изразите (52) и (54)
. (56)
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо