12.3. Дросселирование водяного пара
Исследование
процесса дросселирования водного пара
наглядно производится по
–диаграмме
(рис. 38), в которой процесс мятия можно
условно изобразить горизонтальной
линией, так как горизонталь есть только
вспомогательное построение для нахождения
параметров состояния конечной точки и
не имеет физического смысла в промежуточных
точках.
Пусть
водяной пар дросселируется от состояния
а
до с.
От точки а
до давления
разность энтальпий выражается отрезком
аb;
от точки с
разность энтальпий выражается отрезком
сd,
который значительно меньше отрезка аb,
т.е. работоспособность пара резко падает.
Чем больше мятие пара, тем меньше его
работоспособность.
Рисунок 38 – Дросселирование водяного пара.
Из диаграммы видно, что если подвергается мятию перегретый пар (процесс 1-2), то давление и температура уменьшаются, а объем, энтропия и степень перегрева увеличиваются.
При мятии пара высокого давления и небольшого перегрева (процесс 7-8) пар сначала переходит в сухой насыщенный, затем во влажный, потом опять в сухой насыщенный и снова перегретый.
При дросселировании кипящей жидкости (процесс 5-6) она частично испаряется с увеличением степени сухости.
При дросселировании влажного пара степень сухости его увеличивается (процесс 3-4).
Процесс дросселирования является необратимым процессом, который сопровождается увеличением энтропии. С ростом энтропии всегда понижается работоспособность газа или пара.
Контрольные вопросы
Какой процесс называется дросселированием и где он встречается?
Какие величины изменяются, и какие остаются постоянными за суженным отверстием?
Уравнение процесса дросселирования.
Почему процесс дросселирования нельзя назвать изоэнтальпийным?
Как изменяется температура идеального газа при дросселировании?
Эффект Джоуля-Томсона и его уравнение.
Что такое дифференциальный и интегральный эффекты дросселирования?
Дросселирование реальных газов.
Что называется точкой и температурой инверсии?
Дифференциальный эффект Джоуля-Томсона для газов, подчиняющихся уравнению Ван-дер-Ваальса.
Когда и при каких условиях температура реального газа при дросселировании повышается, понижается и остается без изменения?
Исследование процесса дросселирования водяного пара по
-
диаграмме.Изменение работоспособности водяного пара при дросселировании.
Задачи
1. Определить скорость и степень сухости водяного пара в выходном сечении, а также отношение расходов пара для двух сопл Лаваля:
1)
пар на входе в сопло имеет параметры
и
,
а в выходном сечении сопла давление
пара
;
2)
перед поступлением в сопло пар
дросселируется от заданного выше
давления (
и
)
до давления
,
а затем в сопле расширяется до давления
.
Дано:
1)
,
,
2) , , ,
Решение:
Определим располагаемое отношение давлений :
.
Давление в критическом сечении сопла Лаваля:
По
-
диаграмме параметры водяного пара в
состоянии 1
при
и
:
,
,
.
Критическая скорость:
–энтальпия
в критической точке и
- критический объем
определяем на пересечении
и
.
По
-
диаграмме параметры водяного пара в
состоянии 2
при
и
:
,
,
,
.
Скорость
пара в выходном сечении сопла при
:
2)
Параметры пара в точке 1
,
,
.
По
-
диаграмме параметры водяного пара в
состоянии 1д
при
и
:
,
,
В
процессе дросселирования
,
критическое давление
;
–
определяем
на пересечении
и
.
Критическая скорость:
По
-
диаграмме параметры водяного пара в
состоянии 2д
при
и
:
,
,
Скорость
пара в выходном сечении сопла при
3)
По условию задачи сопла имеют одинаковую
площадь критического сечения
,
тогда отношение расходов пара для двух
сопл Лаваля:
2.
Водяной пар течет по соплу Лаваля.
Параметры пара во входном сечении сопла
и
.
Давление пара в выходном сечении сопла
.
Приняв для пара
,
определить параметры пара в критическом
и выходном сечениях сопла. Определит
также площадь этих сечений, если расход
пара равен
.
Потерями на трение в сужающейся части
сопла пренебречь, а для расширяющейся
части принять скоростной коэффициент
.
Дано:
;
;
;
;
;
Решение:
Определим режим истечения пара:
– режим критический.
Давление в критическом сечении сопла Лаваля:
По
-
диаграмме при
и
:
,
,
.
При
и
(изоэнтропный
процесс):
,
,
При
и
:
,
,
,
Скорости в сечениях:
Действительная скорость на выходе:
Площади сечений сопла Лаваля:
