Министерство Образования Российской Федерации
Филиал ГОУВПО «Московский энергетический институт
(технический университет)» в г. Волжском
Кафедра Промышленной теплоэнергетики
Теоретические основы теплотехники
Часть 1 «Техническая термодинамика»
Расчетное задание
«Исследование процессов истечения газов и водяного пара из геометрических каналов»
Выполнил: студент группы ТВТ – 01
Борисов Алексей Игоревич.
Проверил: Гришин Сергей Сергеевич.
Волжский 2003
Задача №1
Водяной пар с начальными параметрами рн = 1,0 МПа и хн = 0,9 дросселируется до давления р1 = 0,8 МПа. Скорость пара при этом остается постоянной wн = w1 = 100 м/с. Затем пар поступает в суживающееся сопло и из него вытекает в среду, давление которой р2 = 0,08 МПа. Площадь выходного сечения сопла f2 = 60 мм2. Скоростной коэффициент = 0,9. Определить теоретическую и действительную скорости истечения и часовой массовый расход пара. Определить потерю эксергии пара при его дросселировании и в процессе истечения. Изобразить процессы на T – s и h – s диаграммах. Результаты расчетов свести в таблицу.
Решение.
Определяем параметры начального состояния (точка н), используя h – s диаграмму для воды и водяного пара.1
Известно: рн = 1 МПа; хн = 0,9.
Находим:
hн = 2572 кДж/кг;
sн = 6,14 кДж/(кг*К);
vн = 0,175 м3/кг;
tн = 180 С.
Определяем параметры пара после дросселирования (точка 1).
Известно: р1 = 0,8 МПа; h1 = 2572 кДж/кг (т.к. в процессе дросселирования h = const, то hн = h1 = 2572 кДж/кг).
Находим:
t1 = 170 С;
s1 = 6,22 кДж/(кг*К);
v1 = 0,22 м3/кг.
Определяем параметры торможения (точка 0).
Известно: s0 = 6,22 кДж/(кг*К) (т.к. процесс торможения адиабатный, то s0 = s1 = = 6,22 кДж/(кг*К).
; wн = w1 = 100 м/с (известно из условия).
.
Находим:
t0 = 172 С;
р0 = 0,82 МПа;
v0 = 0,215 м3/кг.
Определим режим течения пара из суживающегося сопла.
.
Т.к. < кр (кр = 0,546 для Н2О), то имеет место кризис течения.
Определим показатель адиабаты k.
Уточним k, воспользовавшись таблицей.
Для t = 175 С k = 1,315.
.
Определим критические параметры (параметры истечения) (точка к).
Известно: sk = 6,22 кДж/(кг*К);
рк = р0к = 0,82 МПа * 0,543 = 0,445 МПа.
Находим:
hk = 2476 кДж/кг;
tк = 149 С;
vк = 0,36 м3/кг.
Определим теоретическую скорость истечения пара.
.
Определим скорость истечения пара с учетом потерь на трение.
.
Определим критические параметры пара с учетом потерь на трение (точка кд).
Известно: ркд = рк = 0,445 МПа;
hкд = hк + (1 - 2)(h0 – hк) = 2476 кДж/кг + (1 – 0,92)(2577 – 2476) кДж/кг = = 2495 кДж/кг.
Находим:
sкд = 6,27 кДж/(кг*К);
vкд = 0,37 м3/кг;
tкд = tк = 149 С.
Определим wкд по известной энтальпии hкд.
.
Определим массовый расход пара за 1 секунду и за 1 час.
m(1ч) = m(1с)*3600 с = 0,066 кг/с * 3600 с = 236,4 кг/ч.
Определим потерю эксергии пара при дросселировании.
Определим потерю эксергии пара при истечении.
Таблица результатов расчета.
точка |
Параметры пара |
р |
v |
t |
h |
s |
w |
∆lдр |
∆lист |
m |
|
МПа |
м3/кг |
С |
кДж/кг |
кДж/(кг*К) |
м/с |
кДж/кг |
кДж/кг |
кг/с |
кг/ч |
||
н |
Начальные |
1 |
0,175 |
180 |
2572 |
6,14 |
100 |
23,45 |
4,35 |
0,066 |
236,4 |
1 |
После дросселирования |
0,8 |
0,22 |
170 |
2572 |
6,22 |
100 |
||||
0 |
При полном торможении |
0,82 |
0,215 |
172 |
2577 |
6,22 |
0 |
||||
к |
В конце процесса истечения |
0,445 |
0,36 |
149 |
2476 |
6,22 |
449,5 |
||||
кд |
То же с учетом потерь |
0,445 |
0,37 |
149 |
2495 |
6,27 |
405 |