12 Течія газу в соплах і дифузорах.
Витіканням
називається прискорений рух газу через
відносно короткі канали особливої форми
– сопла (конфузори), в яких тиск за
напрямком потоку падає. У дифузорах за
рахунок зниження швидкості тиск за
напрямком потоку збільшується. В цих
каналах час перебування потоку незначне
й тому теплообміном між потоком і
зовнішнім середовищем можна зневажити,
тобто течія адіабатна (
). Тому що технічна робота в потокові
відсутня, то рівняння I закону при
стаціонарній течії переходить у рівняння
збереження повної ентальпії. Для потоку
газу
та
.
Для ідеальної течії:
Реальне витікання завжди
супроводжується диссипативними явищами
в’язкого тертя й ін. Внаслідок цього,
дійсна швидкість витікання
менше теоретичної
,
тобто
де
–
швидкісний коефіцієнт сопла (залежно
від профілю та чистоти обробки
).
Швидкість витікання
У соплах, що звужуються, можна
прискорити потік газу тільки до місцевої
швидкості звуку. При цьому, перепад
тиску
досягає критичного значення
(для двохатомних газів
, а для трьохатомних і вище
)
і не змінюється при підвищенні
або зниженні тиску навколишнього
середовища
за соплом. Для повного розширення потоку
й переходу через швидкість звуку при
необхідно застосовувати комбіноване
сопло Лаваля.
Перехід від рівноважної до реальної течії в дифузорі (при звуковій течії дифузор – це канал, що плавно розширюється; оптимальний кут конусності 6-8о) в розрахунках забезпечується зазвичай введенням ізоентропного к. к. д.
13 Робочі процеси в машинах.
Сталий режим роботи
компресорів, турбін, різних нагнітачів,
насосів й ін. характеризується стаціонарною
течією газу або рідини з підведенням
або відведенням технічної роботи.
Звичайно кінетичною енергією потоку
на границях контрольного простору (див.
рис. 3) можна зневажити, тому рівняння
(35) і (36) мають вигляд
У машинах, що передбачають
стиск і переміщення робочого тіла
(компресори, насоси, вентилятори й ін.)
робота
та внутрішня потужність
У розширювальних машинах, наприклад, у
турбінах, робота
та потужність
.
В першому наближенні розрахунок
проводять для відповідного рівноважного
процесу
,
а в другому наближенні враховують втрати
роботи, пов'язані з диссипацією енергії
в реальному процесі, шляхом введення
відносного внутрішнього к. к. д.
.
Для компресорних машин
,
а для турбін
.
Індекс «р»
вказує на роботу в рівноважному процесі.
В охолоджуваних компресорах
роботу
визначають за рівнянням
,
використовуючи дослідне значення
умовного показника
політропи, а теплоту охолодження
знаходять за рівнянням
14 Процеси змішування.
Звичайне
змішування здійснюється адіабатно
(теплообмін може бути врахований за
рахунок поділу неадіабатного змішування
на два етапи: змішування без теплообміну,
а потім теплообмін). Таким чином, при
змішуванні обмін енергією між системою
та зовнішнім середовищем відсутній:
.
Найчастіше змішування здійснюють у потоці, наприклад, в ежекторі. При змішуванні двох газів, пари або рідини з метою одержання потоку необхідних параметрів (t, p, V, h, s). Рівняння збереження маси (умова стаціонарності течії), кг/с, збереження енергії, Вт, і балансу ентропії, Вт/К:
де
-
потік виробленої ентропії в системі за
рахунок диссипативних необоротних явищ
при формуванні потоку необхідних
параметрів.
Розглянутий процес змішування
є необоротним: для того, щоб знову
розділити отриманий потік на два вихідних
потоки, що мають різні температури й
тиски, потрібно було б затратити додаткову
роботу, тоді як процес змішування
(вирівнювання параметрів) іде мимовільно.
Як і у всякому необоротному процесі,
при змішуванні ентропія зросте, тобто
Для зображення процесу на
термодинамічних діаграмах і наступного
аналізу доцільно ввести в розгляд
відносні частки (концентрації) потоків,
що змішують, наприклад
,
.
Розрахунок процесу змішування зручно виконувати за допомогою термодинамічних діаграм та таблиць стану. При змішуванні потоків ідеального газу величини параметрів одержуваного потоку можуть бути виражені аналітично.