Практическое занятие 4 Истечение газов и паров. Определение скорости истечения и расхода рабочего тела

Рекомендуемая литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – с.180-210.

2. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике – М.: Машиностроение, 1969. – с. 218-239.

3. Теплотехника/ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П.Казакевич/ Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высшая школа, 1981. – с. 132-147.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. – М.: Высшая школа, 1988. – с. 100-120.

Рекомендуемая литература

1. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1980. – с.180-210.

2. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике – М.: Машиностроение, 1969. – с. 218-239.

3. Теплотехника/ М.М. Хазен, Г.А. Матвеев, М.Е. Грицевский, Ф.П.Казакевич/ Под ред. Г.А. Матвеева. – М.: Высшая школа, 1981. – с. 132-147.

4. Юдаев Б.Н. Техническая термодинамика. Теплопередача. – М.: Высшая школа, 1988. – с. 100-120.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока.

2. Какие каналы называют соплами и диффузорами?

3. Изобразите графически располагаемую работу на - диаграмме.

4. Критическое отношение давлений и его определение.

5. Почему процесс истечения из сопел и насадок считают адиабатным?

6. Как определяется максимальный расход идеального газа?

7. Какой процесс называется дросселированием?

8. Как изменяется работоспособность водяного пара при дросселировании?

9. Когда, при каких условиях температура реального газа при дросселировании повышается, понижается, остается без изменения?

_{примеры решения задач}

_{Задача 4.1. Влажный пар с начальным давлением Р1= 2,0 МПа и степенью сухости х1=0,9 вытекает через суживающееся сопло с площадью выходного сечения f = 34 мм}² _{в атмосферу с давлением р2 = 0,13 МПа.}

_{Определить критическое давление, действительную скорость истечения и секундный расход пара, если скоростной коэффициент сопла равен . Скоростью пара на входе в сопло пренебречь.}

_{Решение. Определим режим истечения пара:}

_{<режим истечения критический, скорость звуковая.}

_МПа.

Параметры пара на выходе из сопла определяем по диаграмме (П «М»):

Р_2кр= 1,154 МПа, s_2кр=5,95 кДж/кг·К, i_2кр=2515кДж/кг, v_2кр=0,15 м³/кг.

Теоретическая скорость пара на выходе из сопла:

. (20)

м/с.

Действительная скорость пара на выходе из сопла:

м/c

Действительная энтальпия: кДж/кг, тогда

v_д=0,16 м³/кг

Действительный расход:

. (21)

кг/с.

Ответ: МПа;м/с;0,082 м/с.

Рис.6. К задачам 4.1 и 4.2

Задача 4.2. Решить предыдущую задачу при условии, что истечение пара происходит через сопло Лаваля.

Решение. В этом случае скорость истечения больше критической. Она определяется из уравнения:

, (22)

причем будет соответствовать состоянию пара в конце адиабатного расширения при р₂ = 0,13 МПа. Таким образом, пользуясь -диаграммой, определим: =2180 кДж/кг, тогда:

=927 м/с

Ответ: 927 м/с.

Задача 4.3. Воздух из резервуара с постоянным давлением Р₁ = 10 МПа и температурой t₁=15 ^oC вытекает в атмосферу через трубку с внутренним диаметром 10 мм.

Определить скорость истечения воздуха и его секундный расход. Наружное давление принять равным 0,1 МПа. Процесс расширения воздуха считать адиабатным.

Решение. Определяем отношение . Оно равно 1/100 и, следовательно, меньше критического отношения давлений для воздуха, составляющего 0,528.Поэтому скорость истечения будет равна критической и определится по формуле:

м/с. (23)

Секундный расход для критического режима течения:

; (24) Площадь поперечного сечения выходного отверстия сопла:

м²;

Удельный объем воздуха на входе в сопло:

м³/кг;

следовательно, расход воздуха:

кг/с.

Ответ: м/с;кг/с.

Задача 4.4. В резервуаре, заполненном кислородом, поддерживают давление МПа.Газ вытекает через суживающееся сопло в среду с давлением = 4 МПа. Начальная температура кислорода 100^оС.

Определить теоретическую скорость истечения и расход, если площадь выходного сечения сопла мм². Истечение считать адиабатным. Найти также теоретическую скорость истечения кислорода и его расход, если истечение будет происходить в атмосферу. Барометрическое давление принять равным 0,1 МПа.

Решение.

Отношение давлений составляет

; =, т.е.>. Следовательно, скорость истечения будет меньше критической и определяется по формуле:

. (25)

Из уравнения состояния:

м³/кг.

Далее имеем:

м/с.

Секундный расход:

(26)

кг/с.

Ответ: м/с;0,175 кг/с.

Задача 4.5. Решить предыдущую задачу при условии, что истечение кислорода происходит в атмосферу.

Решение. При истечении в атмосферу отношение давлений:

;, т.е.<. Следовательно, скорость истечения в этом случае будет равна критической, а расход – максимальным.

м/с.

Максимальный расход:

_кг/с.

_{Ответ: м/с; 0,22 кг/с.}

задачи для самостоятельного решения

Задача 4.6. Воздух при постоянном давлении =6 МПа и температурой=27 ^оС вытекает в среду с давлением = 4 МПа. Определить теоретическую скорость и конечную температуру при адиабатном истечении.

Ответ: =257 м/с; ^оС.

Задача 4.7. Найти теоретическую скорость адиабатного истечения азота и секундный расход, если = 7 МПа,= 4,5 МПа,=50 ^оС, = 10 мм².

Ответ: = 282 м/с;0,148 кг/с.