05 семестр / Лекции и семинары / Лекции
.pdf
111
20. Процесс дросселирования газов и паров
Процесс дросселирования (мятия)- это процесс падения давления в потоке газа, пара жидкости без совершения работы и без теплообмена с окружающей средой 
т.е. сам процесс следует рассматривать как адиабатический необратимый процесс.
Этот процесс имеет место при прохождении потока рабочего тела через клапаны, вентили, дроссельные заслонки и.т.п., т.е. через уменьшенное сечение с последующим внезапным расширением. Для анализа рассмотрим трубопровод с диафрагмой.
В процессе дросселирования происходит необратимый процесс превращения кинетической энергии струи рабочего тела в тепловую энергию завихрений и трения.
Поскольку 
112 |
|
Таким образом, процесс дросселирования это |
|
необратимый адиабатный процесс расширения без теплообмена и без совершения |
|
работы. |
|
Таким образом, основной характеристикой процесса дросселирования является: |
|
Процесс дросселирования можно изобразить в |
диаграмме в виде |
горизонтальной прямой, направленной вправо, в сторону увеличения энтропии. |
|
|
Поскольку необратимость |
ведет к уменьшению эксергии, то процесс дросселирования нежелателен и вреден, |
|
ведет к снижению работоспособности. Однако иногда его проводят намеренно. Для |
|
понижения давления или температуры рабочего тела. Процесс дросселирования |
|
используется в холодильных машинах. |
|
Температурный дроссельный эффект |
|
113
При дросселировании 
температурный дроссельный эффект 
эффект Джоуля-
Томпсона.
Он показывает изменение температуры при дросселировании на единицу изменения давления. После интегрирования для конечного процесса имеем:
Это общий интегральный температурный дроссельный эффект.
Чем больше перепад давления, тем больше плотность 
(меньше 
)вещества, тем больше изменение 
. Для разряженных газов 
будет уменьшаться, в частности:
для идеальных газов (
) температура при дросселировании не меняется:
Для реальных газов температурный дроссельный эффект может быть положительным 
и отрицательным 
. Поскольку при дросселировании 
то при
(температура уменьшается)
При |
(температура увеличивается) |
|||||
При условии |
имеет место явление инверсии (обращение знака |
|||||
|
|
|
. Температура, при которой |
, это |
|
температура инверсии. При |
|
|
|
|
|||
условии, если
114
термическая расширяемость вещества
Температура инверсии зависит от рода вещества и давления 
. Для каждого вещества
при заданном |
температура инверсии |
имеет определенную величину (дается в |
||||
справочниках). При этом установлено, что если |
, то дроссельный эффект |
|||||
имеет |
и |
если |
, |
и |
|
|
Обычно |
|
. Исключение водород и гелий. |
|
; |
||
|
|
|||||
Для обычных температур при дросселировании пара температура снижается. Температура инверсии связана с критической температурой:
Для водяного пара: 
Изменение состояния пара в процессе дросселирования особенно просто оценивается с помощью 
диаграммы.
Пример:
115
По трубопроводам протекает влажный пар при 
Перед вентилем его пропускают в трубопровод низкого давления 
Определить: состояние пара в трубопроводе низкого давления.
Точка2 
Степень перегрева 
21. Смесь воздуха и водяного пара
В инженерной практике нередко возникает необходимость в термодинамических расчетах смеси водяного пара и воздуха (сушка, конденсация).
Атмосферный воздух всегда содержит в себе некоторое количество водяного пара:
подобную смесь сухого воздуха 
и водяного пара 
, называемую в практике влажным воздухом, можно рассматривать как смесь идеальных газов.
Общее давление влажного воздуха по закону Дальтона равно:
116
Абсолютной влажностью воздуха |
называется количество водяных паров (в |
|
граммах или килограммах), содержащихся в |
влажного воздуха. |
|
Относительной влажностью воздуха 
называется отношение действительной абсолютной влажности воздуха 
к ее максимальному значению 
при той же температуре в состоянии насыщения, т.е.
или 
что равнозначно.
таблица насыщенного водяного пара
|
|
|
|
|
|
0 |
0,0061 |
|
0,00485 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
0,00705 |
|
0,00556 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,00812 |
|
0,00636 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
0,00935 |
|
0,00726 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
0,0107 |
|
0,00826 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,0123 |
|
0,00940 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
0,0140 |
|
0,0107 |
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
0,0160 |
|
0,0121 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Численное значение |
и соответствующее давление насыщения |
в зависимости от |
|||
температуры |
находятся из таблицы насыщенного водяного пара. |
|
|||
Влагосодержание воздуха 
(массовое) используется при выполнение расчетов различных технических устройств это отношение массы водяных паров к массе сухого воздуха.
Молярное влагосодержание воздуха равно
117
т.е. 
Поскольку отношение числа молей компонентов газовой смеси прямо пропорционально отношению их парциальных давлений, то
или 
Например: 
это означает, что 
водяного пара на 1кг воздуха
Плотность влажного воздуха
газовые постоянные воздуха и водяного пара
Энтальпия влажного воздуха равна сумме энтальпий сухого воздуха и водяного пара:
, где
массовые теплоемкости воздуха и водяного пара при
теплота испарения воды при 
Точка росы. При охлаждении влажного воздуха может быть достигнуто так называемое состояние точки росы, т.е. состояния насыщения воздуха парами: при температуре ниже температуры точки росы начинается образование капелек воды.
118
22. Струйные аппараты. Сопла и диффузоры
22.1. Определения
В технике имеются струйные аппараты, где рабочее тело переносится с очень большими скоростями. Действие их основано на особых свойствах газового потока. Основные соотношения для газового потока, которые являются исходными при расчете струйных аппаратов связаны с неразрывностью струи газа (уравнение постоянства расхода в каналах)
массовый расход 
объемный расход
скорость потока 
Расходом называется количество вещества в 
на 
, которое проходит через заданное сечение канала в единицу времени
Скоростью потока называется отношение объемного расхода к площади сечения канала
119
При установившемся потоке массовый расход газа будет одинаковым для всех сечений:
Это уравнение постоянства расхода для газа, воды, масла и т.д., которые несжимаемы:
и
22.2. Уравнение движения потока газа без трения
Уравнение устанавливает зависимость между изменением скорости и изменением давления в потоке рабочего тела. Выводится на основе закона сохранения энергии:
выражает термическую энергию потока
120
Масса газа движущегося потока обладает кинетической энергией 
на 1кг
массы газа:
Энергия 1кг газа в потоке:
По закону сохранения энергии для сечений 
и 
можно записать следующее уравнение энергобаланса:
теплота, сообщенная рабочему телу между сечениями 
и 
техническая работа, произведенная потоком газа по отношению к внешней среде (реакция струи в движущемся объеме).
Для неподвижного канала 
; тогда
Это уравнение первого закона термодинамики для потока рабочего тела в неподвижном канале.
Для обратного процесса 
Уравнение движения газа без трения:
Таким образом, при движении потока в неподвижном канале изменение кинетической энергии потока равно численно располагаемой работе. В неподвижном канале располагаемая работа идет полностью на изменение кинетической энергии:
Если поток движется с ускорением 
, то 
если поток движется с замедленным движением 
то 
