- •Теплотехника
- •Введение
- •1. Техническая термодинамика.
- •1.1. Предмет и основные понятия
- •1.2. Параметры состояния
- •1.3. Уравнение состояния и термодинамический процесс
- •1.4 Первый закон термодинамики Теплота и работа
- •Внутренняя энергия
- •Первый закон термодинамики
- •1.5.Теплоемкость газа
- •1.6. Уравнение состояния идеального газа
- •Смесь идеальных газов
- •1.7. Второй закон термодинамики Основные положения второго закона термодинамики
- •1.8. Термодинамические процессы
- •Политропный процесс
- •1.9. Термодинамика потока Первый закон термодинамики для потока
- •Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля
- •Дросселирование
- •1.10. Сжатие газов Объемный компрессор
- •17.2. Лопаточный компрессор
- •3.10.Реальные газы. Водяной пар. Влажный воздух Свойства реальных газов
- •Уравнения состояния реального газа
- •Водяной пар
- •Характеристики влажного воздуха
- •1.12. Термодинамические циклы Циклы паротурбинных установок (пту)
- •Циклы двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •Циклы газотурбинных установок (гту)
- •2.Основы теории теплообмена
- •2.1. Основные понятия и определения
- •2.2. Теплопроводность
- •2.3. Теплоотдача
- •2.4. Теплообмен при конденсации насыщенных паров
- •2.5. Теплообмен при кипении жидкостей
- •2.6. Лучистый и сложный теплообмен
- •2.5.Теплопередача Теплопередача через плоскую стенку
- •Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •2.6. Теплообменные аппараты
- •Расчет теплообменных аппаратов
- •3.Теплоэнергетические установки
- •3.1. Энергетическое топливо. Состав топлива
- •Характеристика топлива
- •Моторные топлива для поршневых двс
- •3.2. Котельные установки Котельный агрегат и его элементы
- •3.3. Вспомогательное оборудование котельной установки
- •3.4. Тепловой баланс котельного агрегата
- •3.5. Топочные устройства
- •3.6. Сжигание топлива
- •Теплотехнические показатели работы топок
- •Физический процесс горения топлива
- •Определение теоретического и действительного расхода воздуха на горение топлива
- •Количество продуктов сгорания топлива
- •Вопросы экологии при использовании теплоты
- •18.1. Токсичные газы продуктов сгорания
- •18.2. Воздействия токсичных газов
- •18.3. Последствия парникового эффекта
- •4. Холодильные установки лекция № 1
- •Термодинамические основы рабочих тел
- •Лекция № 2
- •Способы получения низких температур
- •Плавление
- •Кипение
- •Охлаждение расширением газов
- •Охлаждение дросселированием
- •Охлаждение вихревым эффектом
- •Термоэлектрический эффект
- •Лекция № 3
- •Термодинамические основы холодильных машин
- •Обратный цикл Карно
- •Лекция № 4
- •Обратимые и необратимые процессы
- •Работа компрессора
- •Лекция № 5
- •2. Структура термодинамической диаграммы состояния. Тепловая диаграмма
- •Лекция № 6
- •Лекция № 7
- •1.Циклы и схемы одноступенчатых компрессионных холодильных машин.
- •Паровая холодильная компрессионная машина работающая по регетативному циклу
- •Лекция № 8
- •Хладагенты и хладаносители
- •Свойства хладагентов
- •Теплопроводность
- •Растворимость хладагента в воде
- •Характеристики хладагентов
- •Применение хладагентов
- •Хладоносители
- •Литература
1.9. Термодинамика потока Первый закон термодинамики для потока
На практике при рассмотрении рабочих процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучении закономерностей движения рабочих тел (газов, пара и жидкостей).
Уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа при следующих допущениях:
движение газа по каналу установившееся и неразрывное;
скорости по сечению, перпендикулярному оси канала, постоянны;
пренебрегается трение частичек газа друг другу и о стенки канала;
изменение параметров по сечению канала мало по сравнению их абсолютными значениями и согласно закону сохранения энергии имеет вид:
q=u+e+lпрот.+lтехн., (1.45)
где e = (w22 – w21)/2 + g·(z2 –z1) – изменение энергии системы, состоящее из изменения кинетической и потенциальной энергий; w1 ,w2 – скорости потока в начале и в конце канала; z1 , z2 – высота положения начала и конца канала; lпрот– работа проталкивания, затрачиваемая на движения потока; lпрот=P2·v2–P1·v1; lтехн. – техническая (полезная) работа (турбины, компрессора, насоса, вентилятора и т.д.).
После подстановки значений величин в баланс (1,45) получаем
q=(u2–u1)+(w22–w21)/2+g·(z2–z1)+P2·2–P1·1+lтехн. (1.46)
Введем понятия энтальпии, которую обозначим через величину:
h=u+Pv, (5.3)
h2=u2+P2·2; h1=u1+P1·1. (1.47)
Тогда уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа будет иметь вид:
q=h2–h1+(w22–w21)/2+g·(z2–z1)+lтехн. (1.48)
Критическое давление и скорость. Сопло Лаваля
Если перемещение газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом.
Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называют диффузором.
В каналах при небольшой разности давлений газа и внешней среды скорость течения рабочего тела достаточно большая. В большинстве случаев длина канала небольшая и процесс теплообмена между стенкой и газом незначителен, поэтому процесс истечения газа можно считать адиабатным.
Скорость истечения (на выходе канала) определяется из уравнения:
w=w2=(h1–h2)0,5. (1.49)
или
w=v2{P1·v1[1–(P2/P1)(k-1)/k]/(k-1)}0,5. (1.50)
Массовый секундный расход газа, [кг/с]:
m=f·w/v2, (1.48)
где: f – площадь сечения канала на выходе.
Так как процесс истечения адиабатный, то v2=v1(p2/p1)1/k. После подстановки и преобразований, получим:
m=f·{2kP1/v1·[(P2/P1)2/k–(P2/P1)(k+1)/] /(k-1)}0,5. (1.51)
Массовый секундный расход идеального газа зависит от площади выходного канала, начального состояния газа и степени его расширения.
Критическим давлением называется такое давление на выходном сечении канала, при котором достигается максимальный расход газа и определяется следующим выражением:
PК=P2=К·P1, (1.52)
где: PК=(2/(k+1))k/(k-1).
Для одноатомных газов: k=1,66 К=0,49; для двухатомных газов: k=1,4 и К=0,528; для трехатомных газов: k=1,3 и К=0,546.
Критической скоростью называется скорость газа в выходном сечении канала, при давлении равном или меньшем критического - PК.
wК=[2(/(+1))·P1·v1]0,5. (1.53)
Критическая скорость зависит при истечении идеального газа только от начальных параметров, его природы и равна скорости звука газа (а) при критических параметрах.
wК=а=[k·PК·vК]0,5. (1.54)
К омбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для получения скоростей истечения, превышающих критическую или скорость звука. Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейся конической насадки (pис.1.8). Опыты показывают, что угол конусности расширяющейся части должен быть равен =812о. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала.
Скорость истечения и секундный расход идеального газа определяются по формулам (1.50) и (1.51).
Длину расширяющейся части сопла можно определить по уравнению:
l=(D–d)/2·tg(/2), (1.55)
где: - угол конусности сопла; D - диаметр выходного отверстия; d - диаметр сопла в минимальном сечении.