Вод-й пар. Виды вод-го пара. TS - и PV - диаграмма изобарного процеса получения водяного пара. Степень сухости водяного пара.

Комбини-ое сопло Лаваля.

Сопло́ Лава́ ля — техническое приспособление, разгоняющее проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Широко используется на некоторых типах паровых турбин и является важной частью современных ракетных двигателей и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателей. Комбинированное сопло Лаваля предназначено для использования больших перепадов давления и для получения скоростей истечения, превышающих критическую или скорость звука. Сопло Лаваля состоит из короткого суживающегося участка и расширяющейсяя конической насадки (Рис.5.1). Опыты показывают, что угол конусности расширяющейся части должен быть равен α = 8-12^о. При больших углах наблюдается отрыв струи от стенок канала.

Длину расширяющейся части сопла можно определить по уравнению: l = (D – dmin) / 2·tg( /2), где: - угол конусности сопла; D - диаметр выходного отверстия; d - диаметр сопла в минимальном сечении.

21 Дросселирование.

Это необратимый процесс, в котором давление при прохождении газа через сужевающееся отверстие уменьшается без совершения внешней работы и без подвода или отвода теплоты. При таком сужении, вследствие сопротивлений, давление за местом сужения - Р₂, всегда меньше давления перед ним – Р₁.

Любой кран, вентиль вызывают дросселирования газа или пара, следовательно падения давления.Но иногда оно является необходим и создается искусственно (регулирование паровых двигателей, в холодильных установках, в приборах для измерения расхода газа)
При прохождении газа через отверстие, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастают, что сопровождается падением температуры и давления.
Часть его кинетической энергии затрачивается на образование вихрей и превращается в теплоту и затрачивается на преодоление сопротивлений (трение). Вся эта теплота воспринимается газом, в результате чего температура его изменяется (уменьшается или увеличивается). Дросселирование является необратимым процессом, при которм происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела.
Уравнением процесса дросселирования является следующее уравнение: h₁ = h₂. Это равенство показывает, что энтальпия в результате дросселирования не изменяется и справедливо только для сечений, достаточно удаленных от сужения.

Эффект джоуля томсона – это отношение изменения температуры реального газа при дросселировании без подвода и отвода теплоты и без совершения внешней работы к изменению давления в этом процессе. Для ид.газа равен 0. Различают дифференциальный температурный эффект, когда давление и Т изменяется на бесконечно малую величину, и интегральный темп. эффект при котором р и Т изменяется на конечную величину.

Для р.г. Δ Тне равно 0 и может иметь положительный или отрицательный знак. Состояние газа, при котром темп.эффект меняет свой знак называется точкой инверсии, а температура соответ.этой точке называется Т инверсии.

Эксергия.

Эксергия—часть энергии, равная максимальной полезной работе, которую может совершить термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой. Эксергией иногда называется работоспособность системы. Использование понятия эксергии даёт возможность количественно определить влияние неравновесия термодинамических процессов на эффективность преобразования энергии, то есть позволяет вычислять особенности второго начала термодинамики: выделить ту часть энергии, которая не может быть использована из-за газодинамических явлений, трения, теплообмена. Такой подход даёт возможность анализировать степень термодинамической доскональности того или другого элемента установки и не требует предварительной оценки работоспособности всей установки в целом.Э является функцией состояния и определяется приращением энтальпии Н и энтропии S: E=(H-H0)-T0(S-S0), где H-H0 и S-S0 приращение энтальпии и энтропии. Для описания превращения подводимой к системе теплоты в работу иногда используют понятие Эксергии теплоты E_Q.Если в соотв.т.д.цикле отвод теплоты Q происходит при t окр.среды T0=const, то опр-ся E_Q как площадь цикла в TS диаграмме. E_Q=интеграл(1-Т0/Т)δ Q, E_Q=Q(1-T0/T), Дж. Эксергия теплоты зависит от характера процесса подвода теплоты и следовательно не является функцией состояния.Для потока: 1ый з-н т.д. для потока q=h0-h+w₀²/2-w₂²/2+g(z0-z)+lтехн.e=lтехн, Пренебрегаем амегами: h0-h+g(z0-z)+e, h0-энтальпия окр.среды.q=T0(S-S0)=> e=h-h0-T0(S-S0)

23.Виды переноса теплоты: теплопроводность, конвективный теплообмен и излучение. Определения и примеры.

Любой способ распространения тепла в простр-ве наз-ся теплообменом.

Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит при непосредственном контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть своей кинетической энергии.

Конвекция – это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Этот вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или просто теплоотдачей.

Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение э/м волн в пространстве, поглощение энергии излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-кондуктивным теплообменом.

Пример ковш с водой: излучение от огня, конвекция в воде, теплопроводность от ковша к ручке.

Закон Вина.

Длина волны, при которой энергия излучения АЧТ максимальна, опр-ся законом смещения Вина: λ max=с/Т=0.002899/Т. Λ max-длина волны с максимальной интенисвностью в метрах.

Закон Кирхгофа.

E/A=E₀c₀(T/100)⁴. Отношение излучательной способности тела к его поглощательной одинаково для всех тел, находящийхся при одной и той же t, и равно излучат.способности АЧТ при той же t: Ei/Ai=E0(T0=Ti)

1)степень черноты любого тела в состояниии т.д. равновесия численно равна его коэффициенту поглощения Ai при той же Т: ε i=Ei/E0=Ai; 2)чем выше способность тела поглощать, тем больше его энергия излучения.

Закон Планка.

Устанавливает зависимость поверностной плотности потока монохроматического излучения абсолютно черного тела от длины волны и т-ры: I0=(C1*λ ^-5))/e^c^2/^λ^*^t -1, где C₁=3, 74× 10^-16 Вт× м²; c₂=1, 44× 10^{-2 м}× К; l - длина волны излучения, м; Т — т-ра излучающего тела, К. 1)при λ =0 и λ -> бесконечности, также как и при Т=0 К, интенсивность излучения I0=0; 2)для всех λ I излучения возрастает с ростом Т; 3)при каждой Т=const сущ-ет значение λ max: I(ν, Е)=2hν ³/c²*1/e^hv^/^kt-1;

З акон Стефана-Больцмана

E₀=σ Т⁴=c₀(T/100)⁴, где c₀=5, 67 Вт/(м²× К⁴) - коэффициент излучения абсолютно черного тела. σ -постоянная стефана больцмана. Для серых тел Е=ε *E0=ε *C0(T/100)⁴=C(T/100)⁴, ε =E/E0- степень черноты.

закон излучения абсолютно чёрного тела. Определяет зависимость мощности излучения абсолютно чёрного тела от его температуры. Формулировка закона:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела.

где - степень черноты (для всех веществ , для абсолютно черного тела ).

Вод-й пар. Виды вод-го пара. TS - и PV - диаграмма изобарного процеса получения водяного пара. Степень сухости водяного пара.

Водяной пар – это газообразное состоняие воды. Получают в процессе парообразования(испарение) при нагревании воды в паровых котлах испарителях и других теплообменных аппаратах. Служит раб.телом в ПУ, телпоносителем в системах вентиляции, тепло- и водоснабжение. Используется также в технолог.целяхэ

Виды водяного пара: Влажным насыщенный пар- 2х фазная смесь, представляющая собой пар со взвешенными в нем капельками жидкости. Сухой насыщенный пар- одна фаза-пар.Это насыщенный пар, в котором отсутствуют взвешенные частицы жидкой фазы .. Перегретый пар это пар температура которого выше температуры насыщения(кипения) при том же давлении. Степень сухости - массовая доля сухого пара во влажном насыщенном паре Х=М_СНП/М_ВНП.=М_СНП/(М_СНП+ Мв). От Х=0 (кипящая вода) до Х=1 (с.н.п.)

pV диаграмма. т.К - критическая точк. АВ - нагрев воды до t кипения; ВС-переход кипящей воды в водяной пар; CD-процесс перегрева воды; К-В- нижняя пограничная кривая. Состояние кипящей воды(х=0).К-С-верхняя, состояние CНП (x=1).

TS диаграмма. АВ – нагрев до t кипения; BC-парообразование; СD –перегретый пар; К-В нижняя погр кривая-кипящая однофазная жидкость.К-С-однофазный СНП.

17.Влаж. воздух. Осн. хар-ки влаж. воздуха: абсол. и относит. влажность, влагосодержание, тем-ра т. росы. Hd диагр. влаж. возд.

Влажным называется воздух содержащий водяной пар (смесь сухого воздуха с водяным паром); 1)воздух содержащий максимальное количество водяного пара при даной t называется насыщенным; 2)ненасыщенный-смесь сухого воздуха и НВП; 3)перенасыщенный-смесь СВ с ВНП. Абсолютная влажность-массого водяного пара содержащий в 1 кубометре влажного воздуха Д=m_п/Vвв; кг/м³=ρ. Относительная влажность воздуха это отношение действительной абсолютной влажности воздуха к максимально возможной абсолютной влажности воздуха при той же t: φ =Д/Дmax=ρ _п/ρ _max. Влагосодержание – это отношение m водяного пара к массе сухого воздуха в смеси.

d=m_п/m_св. кг/кг

t точки росы- t при которой в изобарном процессе охлаждения парциальное давление становится равным давлению насыщения. Н—d-диаграмма влажного воздуха — диаграмма, широко используемая в расчетах систем вентиляции, кондиционирования, осушки и других процессов, связанных с изменением состояния влажного воздуха. Она графически связывает все параметры, определяющие тепловлажностное состояние воздуха: энтальпию, влагосодержание, температуру, относительную влажность, парциальное давление водяных паров.

18. Первый закон термодинамики для потока.

На практике при рассмотрении раб процессов машин, аппаратов и устройств, встречаются задачи изучения закономерностей движения раб.тел (газов, пара и жидкости).
Уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа при следующих допущениях: движение газа по каналу установившееся и неразрывное; скорости по сечению, перпендикулярному оси канала, постоянны; пренебрегается трение частичек газа друг другу и о стенки канала; изменение параметров по сечению канала мало по сравнению их абсолютными значениями, имеет вид: q = ∆ u + ∆ e + l_прот. + l_техн., где ∆ e = (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) – изменение энергии системы, состоящий из изменения кинетической и потенциальной энергий; w₁, w₂ – скорости потока в начале и в конце канала;
z₁, z₂ – высота положения начала и конца канала.

1) l_прот. = P₂·ν ₂ – P₁·ν ₁– работа проталкивания, затрачиваемая на движения потока;

2) l_техн. – техническая (полезная) работа (турбины, компрессора, насоса, вентилятора и т.д.).

3) q = (u₂ – u₁) + (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) + P₂·ν ₂ – P₁·ν ₁ + l_техн. (5.2)

Введем понятия энтальпии, который обозначим через величину:

h = u + Pх, (5.3)
h₂ = u₂ + P₂·ν ₂; h₁ = u₁ + P₁·ν ₁. (5.4)

Тогда уравнение 1-го закона термодинамики для потока газа будет иметь вид:

q = h₂ – h₁ + (w²₂ – w²₁)/2 + g·(z₂ –z₁) + l_техн. (5.5)

Если перемещение газа по каналу происходит его расширение с уменьшением давления и увеличением скорости, то такой канал называется соплом.
Если в канале происходит сжатие рабочего тела с увеличением его давления и уменьшением скорости, то такой канал называют диффузором.

19. Адиабатные течения, связь между параметрами потока и поперечными сечениями канала. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода в соплах.

В каналах при небольшой разности давлений газа и внешней среды скорость течения рабочего тела достаточно большая.В большинстве случаев длина канала небольшая и процесс теплообмена между стенкой и газом незначителен, поэтому процесс истечения газа можно считать адиабатным.
Скорость истечения (на выходе канала): δ lрасп=dw²/2, lрасп=w₂²/2-w₁²/2, w2=корень из (2lрасп-w₁²), w1< < w2=> w2=корень из(2lрасп). Δ lрасп=-dh, w2=корень из(2h1-h2)

Ид.газ:

Массовый секундный расход газа, [кг/с]: m = f·w²/v₂, где: f – площадь сечения канала на выходе.
Так как процесс истечения адиабатный, то:

Массовый секундный расход идеального газа зависит от площади выходного канала, начального состояния газа и степени его расширения.