Истечение через сопло.

Сопло - канал переменного сечения, который предназначен для ускорения потока пара или газа.

На практике сопла применяются в конструкциях турбин для получения мощной струи пара. Самая распространенная конструкция – комбинированное сопло.

При течении пара по нему происходит адиабатное расширение струи, так как при таких высоких скоростях теплообмен с окружающей средой просто не успевает произойти.

= , ≈0,5 – точное значение зависит от вида протекающего потока: сухой насыщенный пар, перегретый пар, разные идеальные газы.

Скорость потока определяется по соотношению

=

=

На практике скорости получаются несколько ниже из-за трения внутри потока и на поверхности сопла, это снижение характеризуется величиной КПД сопла (.

0,95…

Тогда реальный процесс расширения пара в канале будет политропным виде наклонной линии.

Тогда действительная скорость пара определяется по формулам

=

=

Характеристикой снижения скорости является скоростной коэффициент -

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

В природе существуют 3 способа переноса теплоты

1. теплопроводность

2.конвекция

3. излучение (учитывается при T>500 ⁰С)

Теплопроводность-это способ переноса теплоты за счет соударения молекул. Теплопроводность происходит при любом агрегатном состоянии вещества. Наилучшие тепловые проводники – «Ме»

Конвекция - при этом тепло переносится неравномерно прогретыми потоками газа или жидкости.

Различают 2 вида конвекции:

1. свободное

2.вынужденное

Свободная конвекция происходит за счет разных плотностей: горячих и холодных объемов вещества и происходит только вертикальном направлении. Имеет низкую интенсивность, зато беззатратная.

Вынужденная конвекция – при этом движение горячих потоков организуется приводными устройствами – насосами, вентиляторами, компрессорами.

Направление движения может быть любым, в частности во всех теплообменниках конвекция всегда вынужденная. На нее требуется затрата энергии, зато интенсивность высокая.

3. Излучение. В этом случае энергия горячего тела превращается в энергию электромагнитной волны, распространяется в пространстве и поглощается другой поверхностью, которая нагревается. Такая волна может распространяться только по прямой, чтобы ее не пропустить используется тепловые отражающие экраны (блестящие металлические поверхности)

На практике всегда имеют место все 3 способа теплообмена, но чаще всего хотя один из них несет малую долю теплоты, и в расчетах им можно пренебречь.

Теплопроводность в плоских многослойных стенках.

Если t _ст1 ≠ t _{ст конеч.}, то начнется теплообмен теплопроводностью молекулами, которые описываются уравнением Фурье

q =

= - термическое сопротивление слоя

[М - ]толщина каждого слоя

[] - коэффициент теплопроводности материала

q = [] - плотность теплового потока

Q, Дж - полное количество теплоты при теплообмене

F, м²- площадь поверхности теплообмена

-продолжительность теплообмена

Важным допущением при этом является то, что теплота идет строго перпендикулярно стенке, т.е. отсутствует продольное растекание по пластине. Это значит, что через каждый слой протекает одно и то же количество теплоты q.

Тогда температура на стыках слоев можно посчитать:

График температур внутри стенки.

= a+b∙t

В зависимости от величины л все вещества делятся на 2 группы

≥3- тепловые проводники

- тепловые изоляторы

Теплопроводность в цилиндрических стенках.

q =

Если стенки тонкие, т.е. 1< , то задачу можно решать по уравнению диаметру плоских стенок и =

Такое упрощение всегда проходит в теплообменных аппаратах. Тепловую изоляцию так рассчитывать нельзя.

Конвективный теплообмен.

При переносе теплоты потоками весь теплообмен разбивается на следующие стадии.

1) Теплообмен между стенкой и омывающим ее потоком – теплоотдача.

2) Теплообмен между двумя потоками через стенку называется теплопередача.

Уравнение теплопередачи диаметра плоских стенок.

плоские

: q =

цилиндр:

q =

- коэффициент теплоотдачи

Для каждой задачи рассчитывается отдельно и на диаграмме.

Зависит в основном от режима течения потока: при ламинарном потоке тепло переносится только молекулами, поэтому теплообмен идет слабо

В турбулентном потоке имеются многочисленные вихри, значит, теплота переносится еще и конвекцией, поэтому теплообмен сильнее в 15-20 раз.

Например:

Тип режима течения определяется по величине числа Рейнольдса:

Re =

R ≤2320-режим течения ламинарный

R>10000-устойчиво турбулентный

Для расчета кроме числа Re используются и другие числа подобия:

-число Нуссельта - безразмерный коэффициент теплоотдачи.

- число Прандтля – характеризует физические свойства потока.

- число Грасгоффа характеризует свободную конвекцию.

- число Фурье характеризует нестационарный теплообмен.

Для расчета используется критическое уравнение:

1) вынужденная конвекция

2) свободная конвекция

c, n, , k-константы определенные опытным путем, содержащиеся в таблице.