Теплотехника

Бурханова Наталья

Главным условием выбора размеров широкой части сопла Лаваля для истечения рабочего тела является безотрывность его от стенок насадки. Поэтому угол раствора конуса должен иметь предел в 12^o, это помогает устранить существенные потери вследствие расширения газа (пара).

Рассмотрим процессы, происходящие при работе комбинированного сопла. В том случае, когда давление внешней среды p_o < p_k,скорость и давление потока в узкой плоскости сопел являются критическими.

Конструкция сопла Лаваля позволяет для каждого отношения o < p_o/p₁ < b получить

полное расширение вещества в границах значения давлений [p_o, p_i]. При этом в выходном сечении сопла энергия не теряется, а при выравнивании давления рабочего тела и внешней среды скорость потока становится сверхзвуковой, что необходимо для применения сопла на практике. В таком случае массовый расход становится максимальным, его величина зависит от площади наименьшего сечения сопла (S_min).

В узкой части сопла (называемой горловиной) устанавливаются критические значения параметров V_k,T_k, p_k, w_k= w_зв, G_max.(где W_зв– местная скорость звука). Движение потока по расширяющейся части характеризуется тем, что газ расширяется далее в границах [ p_2k, p₁], повышается скорость в интервале [w_k = W_зв, w > w_k] (т. е. до значений w > W_зв), что ведет к уменьшению давления, но при этом удельный объем увеличивается (т. е. v >v_k , p< p_k).

Расширяющаяся часть насадки может выполнять функцию диффузора, если в узкой плоскости w < w_зв (для p_o / p₁> b_k).

55. Дросселирование газа и уравнение процесса

Для водяного пара критическая температура составляет Т_к = 647 К, соответственно, Т_инв > 4400 К (температура инверсии). В процессе дросселирования всегда происходит охлаждение водяного пара, это связано с полной диссоциацией молекул пара при таких не очень высоких значениях данной температуры инверсии.

Дросселирование водяного пара характеризуется следующими свойствами, полученными из анализа диаграммы (i, s):

1) для любого состояния пара дросселирование всегда понижает температуру водяного пара;

2) дросселирование влажных паров при небольших давлениях сопровождается переходом из увлажненного в сухое, а затем в перегретое состояние. Влажные пары при высокихдавленияхсначала еще более увлажняются, но потом такжеобразуют сухую и перегретую фазу;

3) дросселирование перегретых паров при больших давлениях (если температура перегрева невелика) сопровождается прохождением ими несколькихфаз (сухого насыщенного, влажного, сухого и наконец, перегретого). Последнее состояние пара характеризуется низкими значениями температуры и давления. В общем случае при дросселировании перегретые пары сохраняют свое перегретое состояние,

если в начале процесса их давления были высокими.

Обычно на is-диаграмме процесс дросселирования i₁ = i₂ представляет собой горизонтальную линию, направленную в сторону возрастания энтропии (вследствие необратимости процесса).

Известно, что давление перегретого пара (и его полезная работа) в процессе мятия снижается.

а_ад < a_дрос, где а_дрос ^– температурный эффект адиабатного необратимого расширения (т. е. дросселирования), а а_ад– эффект адиабатного обратимого расширения. Отсюда при одном давлении dp имеем:

dT_дрос < dT_ад на величину v/cp.

56. Передача теплоты через шаровую стенку

Пусть имеется полый шар с внутренним и внешним радиусами соответственно г₁ и г₂ коэффициент теплопроводности I которого постоянен. При заданных граничных условиях третьего рода будут также определены коэффициенты теплоотдачи на поверхностях шара a₁ и a₂ и температуры внутренней и внешней сред соответственно Tж₁ и Tж₂. Коэффициенты a₁,a₂ будут постоянными во времени, а температуры Tж₁,Tж₂ – постоянными и во времени, и по поверхностям.

При стационарном режиме теплопередачи полный тепловой поток Q, переданный через однородную сферическую стенку от горячей среды к холодной, будет постоянным для всех изотермических поверхностей и может быть определен тремя уравнениями.

где d₁,d₂ – внутренний и наружный диаметры шара;

a₁,a₂ коэффициенты теплоотдачи от горячей среды к стенке и от стенки к холодной среде;

I– коэффициент теплопроводности материала стенки;

T₁,Т₂ – температуры внутренней и наружной стенок.

где DT = Тж₁ – Тж₂ – полный температурный напор;

К_ш – коэффициент теплопередачи шаровой стенки (Вт/град).

Величина обратная К_ш называется термическим сопротивлением теплопередачи шаровой стенки: