7

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 р_н = 1,0 МПа и х_н = 0,9 дросселируется до давления р₁ = 0,8 МПа. Скорость пара при этом остается постоянной w_н = 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.

1. Определяем параметры начального состояния (точка н), используя h – s диаграмму для воды и водяного пара.¹

Известно: р_н = 1 МПа; х_н = 0,9.

Находим:

h_н = 2572 кДж/кг;

s_н = 6,14 кДж/(кг*К);

v_н = 0,175 м³/кг;

t_н = 180 С.

2. Определяем параметры пара после дросселирования (точка 1).

Известно: р₁ = 0,8 МПа; h₁ = 2572 кДж/кг (т.к. в процессе дросселирования h = const, то h_н = h₁ = 2572 кДж/кг).

Находим:

t₁ = 170 С;

s₁ = 6,22 кДж/(кг*К);

v₁ = 0,22 м³/кг.

3. 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).

; w_н = w₁ = 100 м/с (известно из условия).

.

Находим:

t₀ = 172 С;

р₀ = 0,82 МПа;

v₀ = 0,215 м³/кг.

4. Определим режим течения пара из суживающегося сопла.

.

Т.к.  < _кр (_кр = 0,546 для Н₂О), то имеет место кризис течения.

5. Определим показатель адиабаты k.

Уточним k, воспользовавшись таблицей.

Для t = 175 С k = 1,315.

6. .

7. Определим критические параметры (параметры истечения) (точка к).

Известно: s_k = 6,22 кДж/(кг*К);

р_к = р₀_к = 0,82 МПа * 0,543 = 0,445 МПа.

Находим:

h_k = 2476 кДж/кг;

t_к = 149 С;

v_к = 0,36 м³/кг.

8. Определим теоретическую скорость истечения пара.

.

9. Определим скорость истечения пара с учетом потерь на трение.

.

10. Определим критические параметры пара с учетом потерь на трение (точка кд).

Известно: р_кд = р_к = 0,445 МПа;

h_кд = h_к + (1 - ²)(h₀ – h_к) = 2476 кДж/кг + (1 – 0,9²)(2577 – 2476) кДж/кг = = 2495 кДж/кг.

Находим:

s_кд = 6,27 кДж/(кг*К);

v_кд = 0,37 м³/кг;

t_кд = t_к = 149 С.

11. Определим w_кд по известной энтальпии h_кд.

.

12. 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.

13. Определим потерю эксергии пара при дросселировании.

14. 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