58. Истечение жидкостей и газов. Основные расчётные соотношения.

Основной задачей при изучении процессов истечения является определение линейной (с) и массовой скорости (и), расхода (G), параметров и функций состояния рабочего тела (p, v, t, u, h, s) вдоль канала.

Общие соотношения

При обратимых процессах истечения жидкости из области большего давления р1 в область с меньшим давлением р2, потенциальная работа расходуется на повышение кинетической энергии и на изменение высоты центра тяжести потока

Д ифференциальное уравнение распределения удельной потенциальной работы, при отсутствии эффективной потенциальной работы потока ( ), будет выглядеть следующим образом

Отсюда теоретическая линейная скорость истечения жидкости в выходном сечении сопла (с2)

С опла или штуцеры, через которые происходят процессы истечения, обычно выполняются короткими, поэтому работой, идущей на изменение центра тяжести поток,

м ожно пренебречь. При этом условии теоретическая линейная скорость истечения жидкости в выходном сечении сопла может быть определена из соотношения

С корость потока на входе в сопло может быть вычислена, в свою очередь, как теоретическая скорость истечения из воображаемого нулевого состояния (точка 0), в котором жидкость находится в состоянии покоя (с0=0), до заданного начального состояния (1), линейная скорость потока во входном сечении сопла определяется по формуле

С умма потенциальных работ w0,1 и w1,2, представляет собой потенциальную работу жидкости (сжимаемой или несжимаемой) в обратимом адиабатном процессе истечения от нулевого состояния (с0 =0), определяемого параметрами торможения, до конечного давления p2 ( ).

Следовательно, соотношение для определения линейной теоретической скорости обратимого адиабатного процесса истечения жидкости можно записать следующим образом

Важной характеристикой потока является его массовая скорость, численно равная секундному расходу жидкости через единицу площади поперечного сечения потока

( и, кг/(м2×с))

Связь между массовой и линейной скоростью

В соответствии с принципом неразрывности потока, массовый расход вещества (G) в любом поперечном сечении канала одинаков

Истечение несжимаемых жидкостей

Н есжимаемая жидкость имеет практически неизменную плотность при любых давлениях и температурах. Соотношения для определения удельной потенциальной работы несжимаемой жидкости в обратимых процессах истечения

Т еоретическая линейная скорость истечения несжимаемой жидкости в выходном сечении сопла (с2)

М ассовая скорость потока несжимаемой жидкости на выходе из сопла

59.Особенности истечения сжимаемой жидкости. Кризис истечения. Режимы истечения.

К классу сжимаемых жидкостей относятся вещества, плотность которых изменяется в зависимости от давления и температуры Газы (идеальные и реальные) относятся к классу сжимаемых жидкостей.

Потенциальная работа обратимого адиабатного процесса истечения газа от нулевого до конечного состояния (0-2)

Для вычисления массовой скорости газа необходимо знать плотность газа в выходном сечении сопла, значение которой определяется из уравнения адиабаты

А нализ уравнения для массовой скорости потока показывает, что скорость газа изменяясь в зависимости от соотношения давлений в процессе истечения , дважды обращается в нуль - при р2/р0 = 1 (нет движения), а также при = 0 (истечение в вакуум, р2 = 0). Следовательно, значение массовой скорости, по теореме Ролля, проходит через экстремум. Соотношение давлений, при котором массовая скорость истечения становится максимальной ( ), называется критическим , а режим истечения при этом условии называется критическим режимом истечения.

Для определения характеристик критического режима истечения обозначим через ψ выражение

О бласть диаграммы, в которой называется областью докритического (дозвукового)режима истечения. В этой области давление потока в выходном сечении сопла (p2) равно давлению среды (pср), в которую происходит истечение (p2=pср), а при снижении давления среды (pср) наблюдается увеличение массового расхода через сопло (G), а также линейной (c) и массовой (и) скорости потока в выходном сечении сопла.

После достижения критического соотношения давлений ( ) наступает критический (звуковой) режим истечения, при котором на выходе из сопла устанавливается критическое давление режима ( ). Этот режим характеризуется критическими значениями массового расхода (Gкр), линейной (c2=cкр) и массовой (и2=икр) скорости истечения в выходном сечении сопла.

Дальнейшее снижение давления среды (pср), в которую происходит истечение вещества, не приводит к снижению давления на выходе из сопла, которое остается неизменным и равным критическому давлению (c2=cкр). Это явление называется «кризисом течения». В критическом режиме истечения скорость потока в выходном сечении сопла устанавливается равной местной скорости звука в данной среде (с2=скр=a). С этой же скоростью (скоростью звука) в среде распространяется любое возмущение.