Особенности термодинамики открытых систем.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Особенности термодинамики открытых систем.



Под открытой системой понимают термодинамическую систему, которая обменивается с окр средой не только теплотой и работой, но и массой. В этом случае рассматривается состояние, когда рабочее тело перемещается из одной точки с параметрами p1, v1 в другую точку с параметрами p2, v2 (например турбина, компрессор, ДВС). В отличие от ГГД в термодинамике обычно рассматриваются одномерные стационарные потоки, в которых изменение параметров происходит только вдоль одной координаты, совпадающей с вектором скорости, и не зависит от времени. Основополагающим уравнением является ур-е неразрывности потока, т.е. одинаковости массового расхода рабочего тела в любом сечении. . (см.рис).

Рассмотрим обобщенную открытую термодинамическую систему. По трубопроводу 1 рабочее тело с параметрами T1, v1, p1 подается со скоростью с1 в тепломеханический аппарат 2 (двигатель, компрессор, турбина). В нем каждый килограмм рабочего тела может получать в общем случае от внешнего источника теплоту q и совершать техническую работу (wтех) над внешним телом (вращать турбину, двигать поршень и тд). Затем рабочее тело с параметрами T2, p2, v2 удаляется из системы через патрубок 3 со скоростью с2.

Метод термодинамического исследования состояния рабочего тела в таком аппарате заключается в том, что выделяется бесконечно малый объем рабочего тела на входе в аппарат и рассматриваются изменения его параметров в любой точке аппарата. Естественно, для этого выделенного объема будет верен 1 закон термодинамики ( ). Внутренняя энергия есть ф-я состояния рабочего тела, поэтому U1 определяется параметрами в сечении I, а U2 – в сечении II. Работа расширения (w) совершается рабочим телом на пов-тях, выделяющих (ограничивающих) этот объем. В том числе не только на границах этого объема в потоке, но и на пов-тях аппарата. Часть стенок аппарата неподвижна, и работа расширения на ней равна 0. Другая часть стенок специально делается подвижной (лопатки турбины, поршень компрессора и тд) и рабочее тело совершает на ней техническую работу. При входе рабочее тело вталкивается в аппарат, для этого нужно преодолеть давление р1. Т.к. p1=const в каждой плоскости сечения, то каждый кг рабочего тела может занять объем v1 только лишь при затрате работы вталкивания: . Для того, чтобы выйти в патрубок 3, наш выделенный объем рабочего тела должен вытолкнуть из него такой же объем, т.е. работу совершит уже рабочее тело, тогда . Сумма этих работ называется работой вытеснения: . Если скорость на выходе с2 больше скорости на входе с1 , то часть работы будет затрачена на увеличение кинетической энергии рабочего тела в потоке. Кроме того, любой реальный процесс является необратимым. В данном случае необратимость связана с трением потока о стенки, с механическим КПД движущейся части аппарата, с трением различных слоев потока друг о друга. Тогда w=

29. ???

Рассмотрим движение газа через сопло. Т.к. оно предназначено для разгона потока (т.е. увеличения скорости dc>0), знак у приращения площади сечения dF определяется отношением скорости потока к скорости звука (а) в данном сечении. Если скорость потока мала , то выделенное выражение отрицательно, значит dF<0, значит сопло сужается, и наоброт, если (c/a )>1 , dF>0, значит сопло расширяется. (см.рис).

Скорость истечения помимо геометрии сопла будет зависеть от отношения давления в сосуде p1 к давлению окр среды – внешнего давления р2. При каком-то р21 , кот называют , скорость истечения из сопла может достигнуть скорости звука. Если , то скорость истечения меньше скорости звука. Внутри сопла скорость потока также везде меньше скорости звука, следовательно сопло должно сужаться по всей длине, а длина сопла определяет лишь потери на трение (не рассматриваем). Если , то можно получить сечение, в кот скорость потока сравняется со скоростью звука в вытекающей среде. Если и дальше сужать сопло, то это ни к чему не приведет, т.к. скорость звука уже не будет изменяться.

Для получения скоростей истечения больше скорости звука, нужно иметь давление за соплом меньше ркр. Для этого нужно резко уменьшить давление на выходе, т.е. для получения сверхзвуковой скорости сопло должно состоять из 2х частей: суживающейся (c<a) и расширяющейся (c>a). Такое сопло впервые было предложено шведским инженером Карлом Лавалем (1880) для получения сверхзвуковой скорости пара. В наст время основное применение – сопла реактивных двигателей.

Угол расширения сопла . при меньшем угле с/а будет неоптимальным, а при большем угле угол раскрытия струи может стать меньше угла расширения и может произойти отрыв струи от стенок расширяющегося сопла. Т.о. между потоком и стенками образуется вакуум, следует возмущение потока (приграничные) следовательно сопротивление движению потока резко увеличится, следовательно поток затормозится. Рассмотрим движение газа через диффузор – канал, в котором давление повышается за счет уменьшения скоростного напора (dc<0). Если (с/а)<1, то dF>0, т.е. если скорость газа при входе в канал меньше скорости звука, то диффузор должен расширяться по направлению движения газа. Если (с/а)>1, то диффузор должен суживаться (dF<0).

30. Процесс истечения iS диаграмме.

При истечении реального газа (пара) при p>pкр , будут сказываться взаимодействия между молекулами, и в аналитические формулы надо будет добавить эти процессы. В этом случае они значительно усложнятся. Поэтому для процессов истечения реальных газов обычно используют iS диаграммы. (см.рис).

Пусть пар с начальными параметрами р1 и Т1 вытекает в среду с давлением р2. Если пренебречь трением в сопле и передачей теплоты через стенку (большая скорость и хорошо спрофилированный канал), то этот процесс можно считать адиабатным (1-2 перпендик оси S) скорость истечения: , где определяется как пересечение p1 и t1, а находят на пересечении вертикали из 1 с изобарой p2. В реальных условиях часть энергии будет затрачена на трение, т.е. диссипацию, и энтропия несколько увеличится (точка 2’’). При этом . В рез-те чего и скорость .

Отношение потерь в сопле к располагаемому теплопадению называется коэф-том потерь энергии в сопле. . – действительная скорость адиабатного неравновесного истечения. Каждое сопло в зав-ти от его профиля имеет свое значение , которое хар-т эту скорость истечения . В настоящее время для хорошо спрофилированных и обработанных сопел .

 

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; 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 - 3.235.227.117 (0.022 с.)