Истечение газа с учетом трения

       Действительный процесс истечения реального газа происходит при трении частиц газа между собой и о стенки канала. Истечение газа с трением становится необратимым процессом и сопровождается увеличением энтропии. На рис 6.9 представлены процессы расширения газа при истечении без трения (1^*-2) и при истечении с трением (1^*-2g).

       Температура  и энтальпия  на выходе из сопла возрастают вследствие подвода к газу теплоты, выделяемой при трении,

    Отношение разности располагаемого  и действительного  теплоперепадов к располагаемому теплоперепаду  называется коэффициентом потери энергии ;

; .

Тогда действительная скорость

,       (11.18)

где - коэффициент скорости, ; .

Отношение действительного перепада к теоретическому называется к.п.д. канала, ; .

При вычислении расхода газа кроме уменьшения скорости учитывается сужение струи:

,                     (11.19)

где  - коэффициент сужения струи;

 - коэффициент расхода.

Рис.11.9

Истечение водяного пара

       Водяной пар существенно отличается от идеального газа, поэтому формулы, полученные для идеального газа, для расчета истечения пара неприменимы. Скорость истечения пара определяется по выражению (11.10) с использованием sh - диаграммы (рис.11.10).

Рис. 11.10. Истечение пара: a - через суживающееся сопло при ; б - через сопло Лаваля

Скорость истечения пара

, с учетом трения .     (11.20)

Критическое давление   ,

где к определяется итерацией:

· задается приблизительно ();

· вычисляется по формуле ,

где  и  определяют из sh -диаграммы;

· проверка: если ï ï>  (  - задаваемая точность), то

принимается к =  и вычисляется  с этим значением к.

С учетом трения .

Расход пара  .                  (11.21)

11.4. Дросселирование газов и паров

Дросселирование – необратимый процесс протекания газа (пара) через местное сопротивление, в результате которого понижается давление газа без совершения им технической работы.

Местное сопротивление создают: кран, зас-лонка, клапан, диафрагма, пористая перего-родка, капиллярная трубка и другие устройства. Рассмотрим дросселирование Рис. 6.11   газа с помощью диафрагмы (рис.11.11).

Процесс дросселирования в sh диаграмме показан на рис.11.12.

При A=const и G=const в сечениях I-I и II-II

, т.е.  и v пропорцио-нально увеличиваются.

 

Рис. 11.12

, поэтому принимают

 и .

Для идеального газа при .

Для реального газа , или , или .

Если , то      и .

Если ,                 то  и .

Если ,                 то  и .

Первая производная температуры по давлению при неизменной энтальпии называется дифференциальным дроссель-эффектом

Джоуля-Томсона: .                                              (11.22)

    На рис. 11.13 приведены зависимости дифференциального эф-фекта дросселирования воздуха  от температуры T при различных давлениях p. Температура T, при которой , называется температурой инверсии . Зависимость  от давления называется инверсионной кривой (рис.11.14).

Рис. 11.13.  для воздуха              Рис. 11.14. Инверсионная кривая

в зависимости от T при           для воздуха: 1 – расчетная;

различных p                              2 – экспериментальная

Дифференциальный дроссель-эффект используется для определения температуры газа после дросселирования при малом уменьшении давления. При значительном снижении давления изменение температуры газа определяют по интегральному дроссель - эффекту Джоуля - Томсона:

.                             (6.23)

Дросселирование применяется для:

· понижения T в холодильных установках;

· сжижения газа;

· измерения расхода газа и пара и др.

 

 

 

Лекция 2. Теплообмен

Теплообмен.