§3 Визначення маси при протіканні робочого тіла через сопло. Критичні характеристики потоку. Рівняння нерозривності потоку
(17)
;
– тиск на вході в канал;
– тиск на виході з каналу.
Через кожен переріз буде протікати та ж сама маса робочого тіла. Тоді для мініма-льного перерізу:
(18)
, або .
(19)
Підставимо у (18) значення з (19):
;
(20)
Змінюється тільки .
.
Маса
речовини, яка протікає через соп-ло,
залежить від відношення
і нази-вається коефіцієнтом
відношення тисків.
Експеримент показує, що наростання маси
речовини при зменшенні
буде протікати тільки до максимального
значення маси
.
Після цього маса речовини, яка проті-кає
через сопло, буде незмінною. Зміна ма-си
іде по кривій 1-К-а. Значення
в точці К називається критичним.
(21)
залежить
від природи робочого тіла. Французький
вчений Сен-Веман висловив гіпотезу,
згідно з якою робоче тіло в соплах
розширюється тільки до
,
яке відповідає
,
що протікає через сопло:
.
Якщо в рівняння (20) підставити значе-ння з (21), то отримаємо:
.
§4 Вибір форми сопла. Розрахунок комбінованого сопла
Форма сопла вибирається в залежності від значення .
Тип газу |
|
|
Одноатомний |
1,66 |
0,49 |
Двохатомний |
1,4 |
0,528 |
Трьохатомний |
1,29 |
0,546 |
Перегріта пара |
1,3 |
0,546 |
Суха насичена пара |
1,135 |
0,577 |
Якщо
,
використовується сопло, що звужується:
Якщо
,–
комбіноване сопло:
Для
того, щоб розрахувати комбіноване сопло,
треба визначити
,
та
.
Довжиною сопла називається відс-тань між мінімальним і максимальним пе-рерізами сопла.
;
.
;
.
;
.
§5 Дроселювання газів і пари
Дроселюванням називається процес не-оборотного зниження тиску без виконання роботи при проходженні потоку через зву-жений переріз.
;
;
;
;
;
.
Процес
дроселювання є процес ізоента-льпії
.
;
.
Для
реального газу температура потоку при
дроселюванні може збільшуватись (
),
може зменшуватись (
),
може залишатися незмінною (
).
Явище зміни знаку температури при дроселюванні газів вперше було виявлено Джоулем і Томпсоном і має назву ефекта Джоуля-Томпсона.
Температура,
при якій іде дроселюван-ня
;
температура, при якій іде зміна зна-ку
називається температурою
інверсії
.
Якщо
,
то газ буде охолоджуватись (
);
:
;
:
;
.
Майже
всі гази мають достатньо високу
температуру інверсії:
.
Для водя-ної пари
.
,
.
Тому при дроселюванні всі гази охолод-жуються. На цьому побудована практика скраплення газів. Так як процес дроселю-вання супроводжується явищем тертя, то він є необоротним процесом і його практик-не зображення є умовним.
§6 Дроселювання водяної пари
При дроселюванні водяних парів змен-шується їх роботоздатність, бо вони завжди при цьому охолоджуються. Аналіз процесу дроселювання водяної пари краще всього провести за допомогою hs-діаграми.
;
.
Дроселювання є процес невигідний че-рез втрату роботоздатності потоку. Незва-жаючи на це, завдяки простоті конструкції та експлуатації дросельних пристроїв яви-ще дроселювання широко використовується в техніці для регулювання, виміру витрат, отримання низьких температур.
Лекція 14. 1.11 Тема 8