Весна 16 курс 3 ОрТОР / Теория АД / 8

8.17. Применение энтальпийной диаграммы для анализа процессов ускорения газа и сопле

При расчёте газовых турбин и компрессоров, для нахождения скорости истечения газа из сопла и лопаточных каналов широко используются энтальпийные диаграммы, построенные в “i-s” координатах (энтальпия - энтропия).

Рассмотрим процессы ускорения (расширения) газа в сопле при наличии трения с использованием “i-s” диаграммы (рис. 8.28.).

Рис. 8.28. Изображение процессов ускорения газа в сопле на “i-s” диаграмме. Процесс расширения газа в одноступенчатой турбине в “i-s” координатах.

На этой диаграмме начальное состояние (т. Г) находится обычно по значению начального давления р_Г и начальной температуры Т_Г. Если в начальном состоянии газ неподвижен, то это будет (т.Г^*) с параметрами p_Г^* и T_Г^*, В случае идеального газа линии постоянной энтальпии и линии постоянной температуры совпадают.

Для конечного состояния обычно бывает известно значение давления р_Т. Если рассматривается течение газа без теплообмена и без трения, то изменение его состояния изображается (рис. 8.28.) вертикальной линией Г-Т_ад (изоэнтропическое течение) или Г^*-Т^*_ад.

Таким образом, изменение энтальпии газа изображается вертикальным отрезком Г-Т_ад, соединяющим линии р_Г = const, и р_Тад=const на энтальпийной “i-s” диаграмме.

Изменение энтальпии при изоэнтропическом (адиабатном) течении газа называется располагаемым теплоперепадом (адиабатным теплоперепадом) и обозначается Н.

Очевидно из рис. 8.28. располагаемый теплоперепад определяют как разность энтальпий между точками Г* и Т_ад:

(8.75)

Располагаемый теплоперепад, выраженный через параметры заторможенного потока (между точками Г^* и Т_ад^*) будет равен:

(8.76)

Течение газов при наличии трения не будет адиабатным (изоэнтропным). Так как из-за действия сил трения происходит диссипация (рассеяние) механической энергии и превращение части её в теплоту, в результате чего внутренняя энергия, энтальпия, энтропия движущегося газа возрастает. Этот процесс изображается в “i-s” диаграмме (рис. 8.28.) в виде линии Г-Т. Теплота трения при отсутствии теплообмена с окружающей средой усваивается потоком газа, при этом часть теплоты трения идёт на работу расширения и преобразуется в энергию движения газа. Остальная часть представляет собой потерю работы (кинетической энергии).

Разность энтальпий в реальном процессе расширения газа между точками Г^*-Т называется действительным теплоперепадом и обозначается h:

(8.77)

Действительный перепад-это часть энтальпии, которая расходуется на увеличение кинетической энергии газа. Действительный теплоперепад, выраженный через параметры заторможенного потока между точками Г^* и Т^* будет равен:

ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХ

Из рис. 8.28. видно, что действительный теплоперепад при наличии трения будет меньше, а, следовательно, и скорость истечения газа, определяемая формулой будет меньше, чем в случае течения без трения.

Это учитывается в расчетах введением поправочного коэффициента , который зависит от формы канала, качества обработки поверхности, от скорости истечения и вязкости газа, ряда других причин. Его значение определяется опытным путем.

Расстояние по вертикали между точками Т и Т_ад изображают потери энергии на трение Д.Поскольку при наличии трения процесс становится неравновесным, то линия 1 -2 не изображает истинного изменения состояния газа и является лишь условным изображением процесса движения газа с трением.