Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Весна 16 курс 3 ОрТОР / Теория АД / Термодинамика и теплопередача Никифоров А.И.-2

.pdf
Скачиваний:
148
Добавлен:
30.09.2018
Размер:
4.57 Mб
Скачать

141

По таблицам газодинамических функций (приложение П.4) для k = 1,4 находим значения приведенных параметров в критическом сечении (при λ = λкр = 1): кр 0,528 ;кр 0,833 ; кр 0,634 .

Умножая их на масштабные значения (в качестве масштаба в данном случае являются значения параметров торможения на входе в сопло p0* ,T0* , 0* ), найдем абсолютные значения давления, температуры и плотности в критическом сечении:

pкр кр p0* 0,528 15 105 7,9 105 Па;

Tкр кр T0* 0,833 2000 1666 К;

кр кр 0* 0,634 1,875 1,190 кг/м3; скр кр (с )кр 966 1,190 1149,54 кг/(м2·с).

Площадь критического сечения сопла

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gкр

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

0,00174 м .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

1149,54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры в выходном сечении сопла (С – С) определяются исходя из заданного

отношения

 

давлений,

 

 

по которым

находится

 

газодинамическая функция

давления

 

 

 

pc

 

 

1,2 105

 

0,08 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

p*

15 105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этому

 

значению

 

 

с 0,08

соответствует

с

1,75 (приложение П.4).

При этом

значении λс

находим

 

 

в таблице

остальные газодинамические функции (приведенные

параметры):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4896

;

 

 

0,1677

;

q

c

0,455 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

c

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем параметры потока в выходном сечении сопла:

сс

сскр

1,75 966 1690 м/с;

 

 

 

 

 

T T * 0,4896 2000 979,2 К;

 

 

 

 

 

c

с

0

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

* 0,1677 1,875 0,314 кг/м3;

 

 

 

 

 

 

с

0

 

 

 

 

 

 

с q

c

0,455 1149,54 523

кг/(м2·с).

 

 

 

с

c

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

Площадь выходного сечения сопла F

G

 

2

 

0,00382 м2.

 

 

с с

 

 

 

 

 

 

с

523

 

 

 

 

 

 

 

 

142

Проверьте, как вы усвоили материал

1.Назовите формы каналов, которые предназначены для разгона и торможения газового потока. Как называются эти технические устройства?

2.Напишите уравнение профиля струи для энергоизолированного потока, с помощью этого уравнения определите:

а) форму канала, предназначенного для разгона потока;

б) форму канала, предназначенного для торможения потока.

3.Дайте определение полных параметров, или параметров заторможенного потока.

4.Напишите формулы для определения параметров заторможенного потока.

5.Напишите уравнение сохранения энергии в параметрах заторможенного потока.

6.Покажите характер изменения статических и полных параметров по длине сопла.

7.Как определить скорость потока на выходе из сопла, какие факторы влияют на величину скорости?

8.При каких условиях возможно достижение максимальной скорости истечения газа?

9.Почему при увеличении скорости газа уменьшается скорость распространения звука в нем?

10.Дайте определение критических параметров потока газа.

11.Чему равна скорость потока в критическом сечении сопла?

12.Назовите основные газодинамические функции и методы их использования при расчетах газовых потоков.

13.Какая газодинамическая функция характеризует расход газа?

14.Назовите режимы течения в суживающемся сопле и условия их осуществления.

15.При каких условиях для суживающегося сопла выполняются равенства:

а) πс = πкр; б) πс = πс.р.

16.Как влияет понижение давления окружающей среды на величины:

а) параметров газа в выходном сечении суживающегося сопла;

б) скорости газа в этом же сечении?

17.Как влияет изменение давления p0* и температуры T0* на входе в сопло на величину

параметров газа и скорости в выходном сечении суживающегося сопла?

18.Суживающееся сопло работает в критическом режиме. Как изменится режим работы сопла при подъеме на большую высоту ( p0* = const)?

19.Расскажите о режимах течения в сопле Лаваля.

143

20.От каких факторов зависит расход газа через сопло?

21.Какое влияние оказывают на расход газа:

а) изменение давления окружающей среды;

б) давление на входе в сопло;

в) температура на входе в сопло?

22. Как определить массовый расход газа в критическом и произвольном сечениях канала?

23. При каких условиях понижение давления окружающей среды не оказывает влияния на величину расхода газа?

24.Каковы недостатки работы сопел на нерасчетных режимах?

25.Где применяются сопла с косым срезом?

144

Заключение

Итак, мы рассмотрели основные фундаментальные и прикладные вопросы термодинамики газового потока. Читатели смогли убедиться в значении методов термодинамики в решении многих задач авиационной техники. В

настоящее время невозможно спроектировать двигатель или проанализировать работу отдельных узлов силовой установки летательного аппарата, не зная основных закономерностей термодинамики газового потока, не владея законами и методами газовой динамики.

Методы технической и газовой термодинамики лежат в основе теории авиационных двигателей и их элементов, холодильных и энергетических установок; они позволяют анализировать газовые потоки, определять изменения состояния различных рабочих тел, протекающих при высоких температурах, давления и скоростях газа.

145

Литература

Основная

1.Мухачев Г. А., Щукин В. К. Термодинамика и теплопередача. М.,1991.

2.Кулагин В. В. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: Учебник. 2-е изд. Кн. 1. Основы теории ГТД рабочий процесс и термогазодинамический анализ. Кн. 2. Совместная работа узлов выполненного двигателя и его характеристики. М., 2003.

3.Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.

Межгосударственный стандарт ГОСТ 8.417-2002 / Межгосудаственый совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 2002.

4. Исаев С. И., Миронов Б. М., Никитин В. М., Хвостов В. И. Основы термодинамики,

газовой динамики и теплопередачи. М., 1968.

Дополнительная

1. Егер С. М., Матвеенко А. М., Шаталов И. А. Основы авиационной техники. М., 2003. 2. Григорьев В. А., Пономарев Б. А. Вертолетные газотурбинные двигатели. М., 2007.

3. Орлов В. А., Никифоров Г. Г. Равновесная и неравновесная термодинамика / БИНОМ.

Лаборатория знаний. М., 2005.

4. Газодинамика. Буквенные обозначения основных величин. ГОСТ 23199-78. – М.:

Издательство стандартов, 1979.

5. Шулекин В. Т. Основы теории и конструирования авиационных двигателей: Конспект лекций / МГТУ ГА. М., 1994.

6. Казанджан П. К., Тихонов Н. Д. Теория авиационных двигателей. Теория лопаточных машин. М., 1995.

7. Нечаев Ю. Н. Теория авиационных двигателей / ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского. М.,

1990.

8. Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М., 1991.

9. Каулис А. Н. Термодинамика и теория авиационных двигателей. М., 1985.

10. Мелик-Пашаев Н. И., Кобельков В. Н., Воротников Б. А., Березин Г. В. Техническая термодинамика и теплопередача / ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. М., 1983.

11. Максимов Н. А., Секистов В. А. Двигатели самолетов и вертолетов. М., 1977.

146

12. Литвинов Ю. А., Боровин В. О. Характеристики и эксплуатационные свойства авационных турбореактивных двигателей. М., 1979.

13. Алексеев Г. Н. Энергия и энтропия. М., 1978.

14. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндхин А. Е. Техническая термодинамика. М., 1979.

15. Дорофеев В. Л., Маслов В.Т. и др. Термодинамический расчет газотурбинных силовых установок. М., 1973.

16. Базаров И. П. Термодинамика. М., 1976.

17. Бродянский В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М., 1973.

18. Вукалович М. П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. М., 1968.

Сравнение температурных шкал

Описание

Кельвин

Цельсий

Фаренгейт

Ранкин

Делиль

Ньютон

Реомюр

Рѐмер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютный ноль

0

- 273,15

- 459,67

0

559,725

- 90,14

-218,52

-

135,90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура таяния

 

 

 

 

 

 

 

 

Фаренгейта (соль и лед в

255,37

- 17,78

0

459,67

176,67

- 5,87

- 14,22

- 1,83

равных количествах смеси)

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура замерзания

273,15

0

32

491,67

150

0

0

7,5

Приложения

147

воды (Нормальные условия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средняя температура

310

36,6

98,2

557,9

94,5

12,21

29,6

26,925

 

 

человеческого тела

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура кипения воды

373,15

100

212

671,67

0

33

80

60

 

 

(Нормальные условия)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плавление титана

1 941

1 668

3 034

3 494

- 2 352

550

1 334

883

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ППриложение

 

Поверхность Солнца

5 800

5 526

9 980

10 440

- 8 140

1 823

4 421

2 909

 

148

Приложение П.2

Международная стандартная атмосфера (МСА) ГОСТ 4401–81 (фрагмент)

Высота,

Температура

Барометрическое

Плотность

Скорость

давление pH

км

 

 

ρН, кг/м3

звука а, м/с

TH, К

tH, °C

Па

мм рт. ст

 

 

 

0

288,15

15,0

101325,0

760,00

1,225

340,294

0,5

284,900

11,750

94561,3

716,019

1,16727

338,370

1,0

281,651

8,501

89876,3

674,128

1,11166

336,435

1,5

278,402

5,252

84559,7

634,250

1,05810

334,489

2,0

275,154

2,004

79501,4

596,310

1,00655

332,532

2,5

271,906

-1,244

74691,7

560,234

0,956954

330,563

3,0

268,659

-4,491

70121,2

525,952

0,909254

328,584

3,5

265,413

-7,737

65780,4

493,393

0,863402

326,592

4,0

262,166

-10,984

61660,4

462,491

0,819347

324,589

4,5

258,921

-14,229

57752,6

433,180

0,777038

322,573

5,0

255,676

-17,474

54048,3

405,395

0,736429

320,545

5,5

252,431

-20,719

50539,3

379,076

0,697469

318,505

6,0

249,187

-23,963

47217,6

354,161

0,660111

316,452

6,5

245,943

-27,207

44075,5

330,593

0,624310

314,485

7,0

242,700

-30,450

41105,3

308,315

0,590018

312,406

7,5

239,457

-33,693

38299,7

287,271

0,557192

310,212

8,0

236,215

-36,935

35651,6

267,409

0,525786

308,105

8,5

232,974

-40,176

33154,2

248,677

0,495757

305,984

9,0

229,733

-43,417

30800,7

231,024

0,467063

303,848

9,5

226,492

-46,658

28584,7

214,403

0,439661

301,697

10,0

223,252

-49,898

26499,9

198,765

0,413510

299,532

10,5

220,013

-53,187

24540,2

184,067

0,388570

297,351

11,0

216,774

-56,376

22699,9

170,264

0,364801

295,154

11,5

216,650

-56,500

20984,7

157,398

0,337429

295,069

12,0

216,650

-56,500

19399,4

145,507

0,311937

295,069

12,5

216,650

-56,500

17934,0

134,516

0,288375

295,069

13,0

216,650

-56,500

16579,6

124,357

0,266595

295,069

14,0

216,650

-56,500

14170,3

106,286

0,227855

295,069

15,0

216,650

-56,500

12111,8

90,846

0,194755

295,069

16,0

216,650

-56,500

10352,8

77,6524

0,166470

295,069

18,0

216,650

-56,500

7565,2

56,7437

0,121647

295,069

20,0

216,650

-56,500

5529,2

41,4781

0,088909

295,069

 

 

 

 

 

 

 

149

Приложение П.3

Теплофизические величины

Это полезно знать для решения задач

Наименова-

Химич.

μi,

Сp,

Cυ,

k =

С p

 

R,

ние газа

формула

кг/моль

кДж/(кг∙К)

кДж/(кг∙К)

Сυ

 

Дж/(кг∙К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водород

Н2

2,03

14,260

10,170

1,402

 

4095

Кислород

O2

32

0,910

0,650

1,400

 

260

Азот

N2

28

1,039

0,742

1,400

 

297

Угл. газ

CO2

44

0,846

0,657

1,287

 

189

Воздух

-

28,97

1,005

0,718

1,400

 

287

Cp

 

k

R ;

 

 

 

Cυ

 

 

1

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для воздуха

 

k = 1,4

 

 

 

1

 

2,5

 

 

 

k

 

 

3,5

 

 

k 1

0,286

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R = 287 Дж/(кг∙К)

 

 

 

 

k 1

 

k 1

 

k

Для газа

 

k = 1,33

 

 

1

 

3,03

 

 

kГ

 

 

4,03

 

kГ

1

0,248

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RГ = 288 Дж/(кг∙К)

 

 

 

k Г 1

 

kГ 1

 

k

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соблюдайте ГОСТ 8.417 – 2002

Правильно

Неправильно

Правильно

Неправильн

 

 

 

о

p·υ = R·T,

= RT,

20°

20 °

где p – давление, Па;

где p – давление, Па;

 

 

υ – удельный объем, м3/кг;

υ – удельный объем, м3/кг;

20°45,48'

20 °45',48

Т – абсолютная

Т – абсолютная

 

 

5°45'28,8''

5 °45'28'',8

температура, К.

Температура, К.

 

 

100 Ом

100ом

Па∙с; Н∙м

Пас; Нм

1000 м

1000м

Дж/(кг∙К)

Дж/кг∙К

150 кДж

150кДж

80 км/ч

80 км/час

80 %

80%

15 м/с

15 м/с

20 °С

20°С

300 с-1

300 об/с

(100±0,1) кг

100 ± 0,1 кг

50 м ± 0,1 м

50 ± 0,1 м

150

Приложение П.4

Газодинамические функции

T / Т * 1

k 1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

p / p*

 

1

k 1

 

2

k/(k 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ *

 

1

k 1

2

1/(k 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

Fкр

k 1 1/(k 1)

 

 

k 1

2

1/(k 1)

q ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

кр cкр

F

 

 

k 1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q ( )

 

 

 

 

p* Fкр

 

 

k 1 1/(k 1)

 

 

 

 

 

k 1

2

1

Y ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( )

 

 

 

 

p F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

p c2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

k 1

 

 

2

1/(k 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

) 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

*

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

k 1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

r ( )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1

)

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p c

2

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z ( )

 

 

 

G c p F

 

 

 

0,5 ( 1/ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G a

кр

p

кр

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Μ

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

k 1

 

 

2

0.5

 

 

k 1

 

 

 

 

k 1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке Теория АД