- •А.В. Кирис, в.В. Лисин
- •1. Введение. Основные понятия и определения….........................................6
- •Техническая термодинамика
- •Светлой памяти профессора
- •Основы термодинамики
- •1. Введение. Основные понятия и определения
- •1.1 Рабочее тело
- •1.2 Термодинамическая система
- •1.3 Параметры состояния Термодинамическим состоянием тела называется совокупность физических свойств, присущих данного телу.
- •1.4 Основные законы идеальных газов
- •2. Состояние термодинамической системы
- •2.1 Уравнение состония. Объединенный газовый закон
- •2.2 Физический смысл газовой постоянной r
- •2.3 Универсальное уравнение состояния идеального газа
- •2.4 Газовые смеси
- •2.5 Способы задания смеси
- •2.6 Расчет газовой смеси. Основные расчетные соотношения
- •2.7 Уравнение состояния для смеси
- •3.2 Закон Майера
- •3.3 Первый закон термодинамики
- •3.4 Аналитическое определение и графическое изображение работы
- •3.5 Теплота и работа в термодинамическом процессе
- •3.6 Внутренняя энергия
- •3.7 Энтальпия
- •3.8 Контрольные вопросы
- •4. Основные термодинамические процессы
- •4.1 Методика исследования термодинамических процессов
- •4.2 Изохорный процесс
- •4.3 Изобарный процесс
- •4.4 Изотермный процесс
- •4.5 Адиабатный процесс
- •4.6 Политропный процесс
- •4.7 Теплоемкость политропного процесса
- •4.8 Определение численного значения показателя n
- •4.9 Взаиморасположение термодинамических процессов в p-V
- •Все рассмотренные нами процессы имели n0 и процессы располага-лись в II и IV четвертях. В данном случае при расширении давление
- •4.10 Контрольные вопросы
- •5. Второй закон термодинамики
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Второй закон термодинамики
- •5.3 Некоторые формулировки второго закона термодинамики
- •5.4 Обратимость термодинамических процессов
- •5.5 Цикл Карно
- •5.7 Энтропия
- •5.8 Работоспособность (эксергия)
- •5.9 Пределы применимости второго закона
- •5.10 Контрольные вопросы
- •6. Изменение энтропии в процессах.
- •6.1 Координатная система t - s
- •6.2 Обобщенный (регенеративный) цикл Карно
- •6.3 Среднеинтегральная температура
- •6.4 Энтропийные уравнения
- •6.5 Изображение термодинамических процессов в t-s координатной системе
- •7.2 Диаграмма Эндрюса
- •7.3 Механизм парообразования
- •7.5 Процесс парообразования в р-V диаграмме. Виды пара
- •7.6 График парообразования в t-s диаграмме
- •7.7 Таблицы термодинамических свойств воды и пара
- •7.8 Теплота парообразования
- •7.9 Анализ параметров трех фаз парообразования. Критические
- •7.10 Измерения энтропии по трем фазам парообразования
- •7.11 Диаграмма I – s
- •7.12 Контрольные вопросы
- •8. Воздух
- •8.1 Влажный воздух
- •8.2 Диаграмма I – d для влажного воздуха
- •8.3 Контрольные вопросы
- •Техническая термодинамика
- •9. Циклы паросиловых установок
- •9.1 Паровой цикл Карно
- •9.2 Цикл Ренкина
- •9.3 Повышение
- •9.4 Цикл с двойным перегревом пара
- •9.5 Регенеративный цикл
- •9.6 Коэффициенты полезного действия
- •10. Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •10.1 Цикл Отто (цикл быстрого горения с подводом теплоты при постоянном объеме)
- •10.2 Цикл Дизеля (цикл медленного горения, с подводом теплоты при постоянном давлении)
- •10.3 Цикл Тринклера (цикл со смешанным подводом теплоты)
- •10.4 Сравнение циклов двс
- •10.5 Контрольные вопросы
- •11. Циклы газотурбинных установок и реактивных двигателей
- •11.1 Газотурбинные установки. Общая характеристика
- •11.2 Цикл простейшей гту
- •11.3 Принцип работы реактивного двигателя
- •11.4 Способы повышения гту
- •11.5 Контрольные вопросы
- •12. Циклы холодильных установок
- •12.1 Холодильные установки морских судов
- •12.2 Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных установок
- •12.3 Контрольные вопросы
- •13. Компрессоры
- •13.1 Компрессоры
- •13.2 Определение работы ступени идеального компрессора
- •13.3 Цикл одноступенчатого компрессора
- •13.4 Контрольные вопросы
- •14. Истечение
- •14.1 Определение работы истечения газа или пара
- •Тогда работа против внешних сил при перем ещении составит p1v1 - p2 v2.
- •14.2 Определение скорости при истечении
- •14.3 Массовый секундный расход газа или пара при адиабатном расширении
- •14.4 Форма струи при адиабатном истечении газа и пара
- •14.6 Построение сопла для использовании полного теплоперепада (сопла переменного сечения – сопла Лаваля)
- •14.7 Истечение через короткое цилиндрическое сопло
- •14.8 Графики скорости, расхода и удельного объема
- •14.9 Изохорное истечение газа и пара
- •14.10 Адиабатное истечение с трением
- •14.11 Дросселирование (мятие) пара
- •14.12 Контрольные вопросы
- •Термодинаміка і теплотехніка
- •Навчальний посібник у двох частинах
- •Частина 1
- •Термодинаміка
14.2 Определение скорости при истечении
Работа расширения рабочего тела при истечении может быть выражена как кинетическая энергия потока
,
откуда
следует
(146)
Применительно
к пару скорость процесса истечения
может быть выражена через энтальпию.
Согласно I
закона термодинамики, для бесконечно
малого изменения состояния
,(где
d
=
d(pv))
и
(147)
Т.к.
из условия адиабатности истечения dq
= 0, -di
= d
.
Если
пренебречь скоростью пара или газа на
входе в насадок, в результате интегрирования
получим
или
Отсюда
(149)
14.3 Массовый секундный расход газа или пара при адиабатном расширении
При адиабатном расширении осуществляется условие неразрывности струи, согласно которому массовый секундный расход жидкости G кг/сек может быть представлен как отношение секундного объемного расхода fw2 (f – сечение в м2; w2 - скорость, м/сек) к удельному объему v
(150)
(151)
14.4 Форма струи при адиабатном истечении газа и пара
Рис. 63
объема, непрерывное увеличение скорости истечения, давление от одного к другому произвольному сечению потока непрерывно уменьшается. Это переменное значение давления, меняющееся от сечения к сечению потока, обозначим через р2* (рис.63).
Следует отметить, что для того, чтобы использовать кинетическую энергию истекающего потока, его нужно окружить металлическим или пластмассовым соплом, которое не позволит потоку расширяться во все направления, т.е. не позволит потоку взрываться. Одновременно необходимо, чтобы такая «одежда» точно соответствовала естественной форме, которую струя стремится приобрести при своем адиабатном истечении. Если «одежда» будет велика, то поток отрывается, если наоборот, «одежда» мала, она «давит» поток, вызывая повышенные потери на трение о стенки сопла.
Приложив
ранее полученное выражение (151) к
адиабатно истекающему потоку, установим,
что от сечения к сечению такого потока
будет
меняться, т.е. выражение в квадратных
скобках в (151) есть величина переменная.
Введем следующие обозначения:
=
;
Тогда
G(const)
=
Отсюда
видно, что f
должна быть величиной переменной (
.
При
этом
.
(152)
Представим истечение в «черный вакуум». В этом случае
р2*=0;
тогда
и
. В этом случае
.
Рассмотрим сечение потока весьма близкое к начальному сечениюр2*= р1,
.
Рассмотрим среднее сечение потока
р1
> р2*
> 0
.
В
этом случае
.
Проводя
анализ сделанных допущений, делаем
вывод о том, что ранее высказанное
предложение об истечении в Торричелеву
пустоту не состоятельно, ибо даже в
космическом пространстве давление
больше нуля. В любом возможном техническом
случае р2
может быть бесконечно мало, но не ноль.
Тогда
0,
следовательно,
и
.
Анализируя
второй случай, приходим к выводу: поток
образуется за счет какого-то перепада
давлений, но
,
раз есть поток, поэтому
.
Условно р в суженной части потока обозначается через ркр, соответственно и скорость в этой части - Wкр.
Возвращаясь
к (152), приходим к заключению, что
переменная конфигурация истекающего
потока предопределяется переменным
значением величины
.
Определим
значение
для
суженной части потока, в котором давление
равно ркр
.
Для
этого проверим функцию
на
экстремум, т.е. приравняем нулю производную
.
Получим
;
;
отсюда
.
(153)
Оказывается,
давление в суженной части потока
не
зависит от р2,
а зависит только от р1
и рода истекающей упругой жидкости,
так как
.
Численное значение
для
различных упругих жидкостей равно:
для
газа (n
= k
= 1,41)
=
0,528; для перегретого пара (n
= 1,3)
=
0,546; для сухого насыщенного пара (n
= 1,135)
=
0,577.
Для
влажного насыщенного пара
определяется
в зависимости от степени сухости пара
х.