Определение параметров истечения

   И ДРОССЕЛИРОВАНИЯ ГАЗА И ПАРА

Движение газа или пара через отверстия или различного рода каналы называется истечением. Скорость истечения газа (м/с) в адиабатных условиях определяется по формуле:

,

где – коэффициент потери скорости от трения о стенки (табл. П.7, приложение); K – показатель адиабаты (табл. П.8, приложение);               – давление газа до и после отверстия, ; – плотность газа, .

Скорость истечения газа (м/c) в среду с резко пониженным давлением

,

где – коэффициент (табл. П.8, приложение).

 

 

Расход газа (кг/с):

 

,

 

где  – сечение отверстия, м²; V ₁ – удельный объем газа, м³/кг, при давлении  (табл. П.9, приложение);  – коэффициент, зависящий от величины K (при K=1,4 для газа =0,68, для пара при K=1,3 =0,68).

Скорость истечения насыщенного пара (м/c) при

,

где  – начальная и конечная энтальпия пара, кДж/кг (табл. П.9, приложение);

Скорость пара при  

.

Максимальный расход пара (кг/с) при критической скорости истечения:

 

,

где  – коэффициент истечения, (табл. П.7, приложение).

Процесс прохождение газа или пара через сужение называется дросселированием, или мятием (рис.3.2). Это явление сопровождается падением давления от  до  вследствие сопротивлений, вызванных сужением.

 

                                      , , ₁,                       , , ,

Рис.3.2. Схема дросселирования газа

 

При дросселировании потеря давления пара тем больше, чем меньше относительная площадь сужения:

,

где и – энтальпии пара в сечении I и II, кДж/кг.

При постоянной скорости движения , т.е. получим . В результате мятия энтальпии газа до суженного сечения и после него имеет одно и то же значение.

Пример.  Насыщенный пар при давлении  вытекает через отверстие d = 3 мм в атмосферу с .

Определить скорость истечения и расход пара.

Решение.  Режим истечения насыщенного пара:

^.

Приняв значение из табл. П.3 приложения, находим скорость истечения насыщенного пара:

Расход насыщенного пара при критической скорости

Задача 1. Определить скорость истечения и расход пара.

 

Таблица 3.3

Исходные данные для расчета

№ варианта	,	,	Диаметр отверстия, см	Вид отверстия
1 2 3 4 5 6 7	0,26 0,31 0,15 0,29 0,22 0,23 0,18	0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1	0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5	Цилиндр Острое Острое Цилиндр Цилиндр Острое Острое

 

РАСЧЕТ ПАРОВЫПУСКНЫХ СОПЕЛ

 

Сопло выполняют в виде криволинейных суживающихся или расширяющихся каналов. Чтобы использовать всю располагаемую энергию и получить сверхкритическую скорость истечения к суживающемуся соплу, надо добавить расширяющуюся часть. Такое комбинированное сопло называется соплом Лаваля (рис.3.3).

 

            , ,                  , ,                                , ,

 

Рис.3.3. Расширяющееся сопло Лаваля

Для расчета угол конусности (угол раскрытия) расширяющейся части сопла принимают:

.

Сопло рассчитывают в следующем порядке:

1. Выходную скорость газа ν.

2. Температуру идеального газа на выходе из сопла находят из выражения:

,

где K – показатель адиабаты; T – находят по табл. П.9 приложения.

3. Диаметр горловины сопла определяется по формуле:

а для пара площадь сечения горловины:

где                                                                                                                       

4. Площадь выходного сечения сопла вычисляют по уравнению

                                                                

5. Если расширяющаяся часть сопла Ловаля выполнена с прямолинейными образующими и с углом раствора α_с , то ее длину определяют по формуле

                                                                

Пример. Пар при давлении Р₁=0,2 мН/м² и температуре                        t₁=120 °С вытекает через сопло Лаваля в среду с Р₂=0,1 мН/м² и температурой t₂=30 ⁰C. Расход пара G_max=0,1 кг/с. Определить скорость истечения пара, диаметр горловины, устья и длину расширяющейся части сопла, если угол раствора α_с=10⁰.

Решение. Режим истечения пара: β=Р₂/Р₁=0,1/0,2=0,5<β=0,577. Следовательно, в горловине сопла = _кр и G=G_max, а Р_г=Р_2кр=β_крР₁= =0,577∙0,2=0,115 мН/м².

Cкорость пара в горловине

_г = 44,72×0,95 м/с,

где φ принято по табл. П.7 приложения; , ,  – по табл. П.9 приложения.

Площадь поперечного сечения горловины

где ν₁ = 0,892 м³/кг принято по табл. П.9, приложения.

Диаметр горловины

Скорость пара в выходном сечении сопла(в устье):

Площадь выходного сечения сопла

,

где ν₂ = 32,93 м³/кг (табл. П.9, приложения)

Диаметр выходного сечения сопла

Длину раширяющейся части сопла

Задача 1. Рассчитать паровыпускное сопло.

Таблица 3.4

Исходные данные для расчета

№ варианта	Р1, мН/м^2	Р2, мН/м^2	G, кг/г	Вид Отвестия	Угол раскрытия, град.
1 2 3 4	0,15 0,16 0,17 0,18	0,1 0,1 0,1 0,1	75 80 85 90	Лаваля Цилиндр Лаваля Острое	12 - 10 -