Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Равновесное адиабатное расширение газа
Процесс расширения газа в адиабатных условиях, т. е. при отсутствии внешнего теплообмена, может протекать без изменения энтропии только при отсутствии, каких бы то ни было внутренних процессов трения. В связи с этим для удовлетворения условия s = const необходимо всю энергию сжатого газа преобразовать во внешнюю работу без потерь. Очевидно, что при этом уменьшение внутренней энергии газа максимально (по сравнению с другими процессами расширения при одинаковых начальных параметрах и степени расширения); поэтому такой процесс сопровождается наибольшим снижением температуры. Работа, совершаемая газом в этом процессе, должна быть обязательно полностью передана изолированному от газа устройству. Работа, совершаемая газом, и тождественно равные ей тепловые эффекты для закрытой и открытой систем в процессе s = const, различаются: lз = qз = u1 – u2s; (2.8) lo =qo = i1 – i2s. (2.9) Последнее выражение справедливо при одинаковых скоростях газового потока на входе и выходе. Так как реальные процессы течения и расширения газа не могут происходить без трения, то в адиабатных условиях процесс s = const в действительности осуществить невозможно. Его рассматривают как идеальное приближение для реальных процессов, поэтому его анализ имеет существенное значение. Изменение температуры в изоэнтропном процессе в открытой и закрытой системах одинаковое и определяется выражением
as=(¶T/¶P)s=(T/cp)(¶v/¶T)P (2.10)
После ряда преобразований получим
as = ai + v/cp (2.11) Из полученных соотношений можно установить следующее. 1. Значения as положительны практически в любой области состояний рабочего тела, физически допускающих расширение. 2. С повышением температуры as возрастает; при этом соответственно увеличивается и работа расширения. 3. С увеличением давления, т. е. уменьшением удельных объемов и увеличением плотности рабочего тела, as уменьшается. Таким образом, в процессе расширения s = const as — переменная величина. 4. Вблизи критических состояний и в области состояний кипящей жидкости значения as и ai наиболее близки. Соотношение между as и ai зависят от параметров и рода газов и их смесей. Например, для метана в области температур около 293К и давлений около 6 МПа отношение ai/ as» 1,2/2,3 = 0,5215; для воздуха в области этих же температур и давлений ai/as = 0,22/1,2 = 0,1835. Чем больше отношение ai/ as, тем, в общем случае, менее выгодно применение детандеров.
Значение as для реального газа может быть больше и меньше, чем для идеального, в зависимости от знака ai. Охлаждение реальных газов при адиабатном расширении в машине можно выразить суммой двух эффектов, обусловленных действием межмолекулярных сил aм и внешней работой aрdv: as = aм +a pdv. (2.12) Доля эффекта охлаждения за счет внутренних сил aм по сравнению с общим эффектом охлаждения as зависит от давления и температуры. При р® 0 отношение aм/as ® 0, следовательно, внутренние силы не производят действия, так как молекулы удалены одна от другой. На рис. 2.5 приведены зависимости отношения aм/as от давления для воздуха при разных температурах.
Рис. 2.5. Зависимость отношения aм/as от давления и температуры для воздуха
На практике процессы расширения газов с совершением внешней работы осуществляют в различных расширительных машинах, которые называют также детандерами. В детандерах энергия сжатого газа преобразуется в работу и процесс в той или иной мере приближается к изоэнтропному. Работа передается или на тормозное устройство, или какой-либо внешней среде, которую обязательно изолируют от расширяющегося газа. Существует много конструктивных разновидностей детандерных машин, однако их можно подразделить на класс объемных и класс лопаточных (газодинамических) машин. Рабочие процессы в машинах этих двух классов существенно различаются. Поясним лишь основные принципы, не затрагивая анализ рабочих процессов. Адиабатное расширение газа с совершением внешней работы в объемных машинах. В объемных машинах энергия газа преобразуется в работу непосредственно за счет сил давления газа. Наиболее характерный пример — поршневой детандер. Силы давления газа действуют на поршень, и энергия газа через механизм движения передается на тормозное устройство. Силы давления газа с точностью до бесконечно малой величины уравновешены силами сопротивления тормоза, и теоретически процесс расширения является равновесным. Работа детандера носит циклический характер. В течение каждого цикла повторяется определенная совокупность процессов в рабочем объеме машины, т. е. в пространстве между стенками цилиндра и поршнем. Эта последовательность включает процессы: впуска, наполнения, внутреннего расширения, выхлопа, выталкивания и обратного сжатия. Газ поступает в машину через клапан впуска и выходит через клапан выпуска. Участок хода поршня, на котором клапан впуска открыт, часто называют отсечкой наполнения.
«Мертвый» объем (объем рабочего пространства при крайнем нижнем положении поршня) всегда реально существует, а для некоторых типов машин является необходимым, например, для бесклапанного детандера. Известны разнообразные типы детандеров с различными теоретическими индикаторными диаграммами. Для детандеров классического типа с клапанами впуска и выпуска адиабатный КПД hs = 0,7... 0.9. Адиабатное расширение газа с совершением внешней работы в лопаточных машинах (турбодетандерах). В поршневом детандере энергия газа преобразуется в работу за счет действия на поршень сил давления газа. Очевидно, что такую же по величине внешнюю работу газ может совершить, если энергию сжатого газа преобразовать в энергию потока и использовать последнюю для получения работы. Конечно, при этом подразумевают, что степень расширения и начальные параметры газа одинаковые. Рабочий процесс в турбодетандере принципиально отличается от рабочего процесса в поршневом детандере, однако, все интегральные соотношения энергетического баланса полностью справедливы при условии равенства скоростей газа на входе и выходе из машины. Необходимо отметить, что преобразование энергии сжатого газа в энергию потока и последующее ее использование для получения внешней работы можно реализовать различными путями. Например, можно сначала полностью расширить газ в неподвижном сопловом аппарате, а затем направить движущийся с большой скоростью поток газа на лопатки турбины и заставить вращаться лопаточный диск. В этом случае принято называть турбодетандер активным. Можно полностью расширить газ непосредственно в межлопаточном пространстве колеса без какого-либо предварительного расширения в сопловом аппарате. В этом случае турбодетандер называют реактивным. Однако, экономически наиболее выгодно сочетание этих двух путей. Практически так и поступают. Газ при давлении p1 подают в сопловой направляющий аппарат, где он расширяется до промежуточного давления p'и затем с большой скоростью поступает в межлопаточные каналы турбины, где происходит его дальнейшее расширение до давления p2. Направление движения газа в сопловом аппарате и колесе турбодетандера может быть радиальным, осевым или радиально-осевым. Эффективность работы турбодетандеров, как и поршневых детандеров, оценивают изоэнтропным КПД hs. Для большей части турбодетандеров hs = 0,65... 0,85.
|
||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 431; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.188.175.182 (0.007 с.) |