Уравнение энергии для идеального и реального энергоизолированного течения, политропический интеграл, t-s – диаграммы процессов ускорения/торможения
Уравнение энергии – математическая формулировка закона сохранения энергии для жидкого элемента: изменение кинетической и внутренней энергии равно работе всех внешних сил и подведенного количества теплоты.
Для
идеального энергоизолированного
течения:
Индексы «из, ад, S» означают, что процесс изоэнтропный, изотропный и адиабатный. Конечные параметры зависят от вида процесса.
Уравнение Бернулли:
Нереализуемое
условие:
Для
реального энергоизолированного течения:
Политропический интеграл:
Анализ формулы работы, примеры управления работой расширения/сжатия, кпд процессов расширения/сжатия. Коэффициент теплового сопротивления, коэффициент возврата тепла.
Работа в компрессоре:
Работа в турбине:
Топливо, в котором
содержится водорода больше – лучше
.
Вода обирает тепло от потока при нагревании и испарении (скрытая теплота парообразования).
При впрыске воды или спирта работа будет увеличиваться .
Повышение давления на входе в турбину – полезно, в компрессор – не полезно.
При падении КПД в
условиях работы двигателя должна вырасти
для компенсации затрат. Это приводит к
потере газодинамической устойчивости
работы.
Изоэнтропный и адиабатный потоки. Работа и кпд турбомашин, t-s диаграммы.
Адиабатный поток.
процесс может быть
реальным и идеальным (
).
Уравнение Бернулли:
Характеристики потерь и их взаимосвязь. Особенности гидродинамической трактовки коэффициента потерь кинетической энергии.
Компрессор:
– добавочная
работа в политропном процессе, вызванная
наличием работы гидросопротивлений
(работа теплового сопротивления).
;
;
Турбина:
За счет тепла трения газ совершает работы больше, т.к. он самоподогревается.
;
;
При одном и том же уровне гидропотерь в процессах расширения, ускорения, совершаемых потоком, работы эффективнее.
Гидравлический способ определения потерь:
В гидравлике нет понятий изоэнтропической и действительной скорости на выходе.
Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений – конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение.
Местные
сопротивления:
на трение в результате действия давления,
суммарные потери
,
где
,
,
коэффициент местного сопротивления,
среднемассовая скорость.
Потери
на конфузоре:
обусловлены вихреобразованием при
входе в трубу меньшего диаметра,
эмпирическая формула:
.
Потери
на диффузоре:
потери на удар, так как скорость жидкости
падает на малом расстоянии, соударяясь
с медленно текущей:
.
Потери при повороте потока, вторичные течения. Параметры поворота, определяющие величину составляющих потерь при повороте.
Переход ламинарного режима течения в турбулентный, структура турбулентного пограничного слоя и закон распределения скоростей по его толщине (см. также ЛР), отрыв пограничного слоя. Расчет коэффициента Дарси для ламинарного режима, турбулентного режима с различной степенью проявления шероховатости (неравенства Сабанеева). Характеристика сети.
Режим течения зависит от многих факторов, главным из которых является соотношение между силами инерции и силами вязкости, характеризуемое числом Рейнольдса. При низких его значениях ламинарное течение остается устойчивым, и все возмущения, вносимые внешним потоком или обтекаемой поверхностью, быстро затухают. Вязкость играет стабилизирующую роль.
С
приближением к критическому значению
наблюдается нарушение ламинарного
режима, в нем образуются турбулентные
пятна, в которых происходит поперечный
перенос массы. Они распределены
неравномерно по пограничному слою. При
увеличении
растет число этих пятен и частота их
следования, пока течение не приобретает
гомогенную структуру.
Турбулентное течение состоит из вихревых образований различных размеров и интенсивности, которые придают сечению нестационарный характер с пульсациями скорости в широком диапазоне. Крупные вихри порождают низкочастотную пульсацию, а мелкие – высокочастотную.
Влияние вязкости в турбулентном течении мало, и его можно представить как сложное движение идеальной жидкости. Кажущееся трение – воздействие в потоке добавочных сил, возникающих из-за поперечного переноса вещества. Оно увеличивает сопротивление каналов при переходе к турбулентному течению.
Процесс
перехода: в начале локальные значения
малы и сохраняется ламинарный режим.
Затем на верхней границе возникают
бегущие волны и появляются турбулентные
пятна. При
процесс перехода завершается.
Диапазон , в котором происходит переход, зависит от степени возмущенности потока за пределами пограничного слоя, значение градиента давления, степень шероховатости обтекаемой поверхности.
Коэффициент Дарси – характеризует потери при течении несжимаемой жидкости.
длина трубы,
диаметр,
коэффициент потерь на трение по длине.
Для ламинарного режима
;
для турбулентного
.
Влияние
шероховатости на положение переходной
зоны происходит только при больших
значениях шероховатости. Если относительная
шероховатость не превышает
,
то при расчете
ее не учитывают.