Особенности расчета процесса истечения через сопло реальных веществ

Показатель адиабаты в процессах истечения реальных веществ через сопловой канал – величина переменная, но необходимая для определения величины _кр и критического давления вещества.

Расчет _кр для реальных газов и паров ведется методом последовательного приближения. Первоначально принимается давление р_кр=р_А=0,5р_о (из опыта расчета _кр в процессах истечения идеального газа в сопловых каналах), и вблизи точки А, находящейся на пересечении изобары р_А с обратимой адиабатой истечения s_о=const, определяется показатель адиабаты по параметрам близлежащих точек В и С на этой адиабате (рис. 10.3):

. (10.10)

Используя полученное значение к, по формуле, полученной для идеальных газов, определяется величина _кр :

.

Далее определяется новое критическое давление р_кр=_кр р_о, по значению которого заново рассчитываются _кр и р_кр. Эти итерации продолжаются до достижения необходимой степени точности в определении р_кр или _кр. В остальных расчетах процесса истечения реальных веществ через сопло формулы для идеальных газов использовать нельзя.

Скорости и площади сечений канала сопла при истечении реальных веществ рассчитываются с использованием удельных энтальпий и объемов, определяемых по таблицам термодинамических свойств этих веществ:

, ,

, .

Обратите внимание, что размерность h в этих формулах – Дж/кг.

Необратимое истечение газов и паров через сопло

Действительный адиабатный процесс истечения газа или пара через сопло всегда связан с трением, следствием которого является возрастание энтропии, энтальпии и удельного объема вещества в конце процесса (рис. 10.4).

Потеря работы изменения давления в потоке _o, обусловленная трением в сопловом канале, обозначается _c , для процесса 1-2 она определяется как

, (10.11)

где _о – работа изменения давления в потоке идеального процесса истечения (располагаемая работа) водяного пара в сопле;

_оi – работа изменения давления в потоке действительного (с трением) процесса истечения водяного пара в сопле.

Скорости истечения идеального и действительного процессов истечения водяного пара в выходном сечении сопла получаются разные (принято c_о=0):

, .

Действительная скорость истечения меньше теоретической, их отношение называется скоростным коэффициентом сопла :

. (10.12)

Наравне со скоростным коэффициентом сопла необратимость процесса истечения в сопловом канале характеризуется коэффициентом потерь энергии соплового канала  или адиабатным коэффициентом сопла _с:

; (10.13)

. (10.14)

Как видно из выражений (10.12)  (10.14), коэффициент потерь, адиабатный и скоростной коэффициенты сопла взаимосвязаны. Зная один, можно определить другой:

. (10.15)

Расчеты необратимого процесса истечения в минимальном сечении сопла аналогичны расчетам выходного сечения сопла.

Для определения действительного расхода газа (пара) в сопловых каналах по параметрам идеального процесса истечения, а также в заводских расчетах проходных сечений сопловых и рабочих решеток проточной части турбины используется коэффициент расхода µ – это отношение действительного расхода G_i к теоретическому G:

. (10.16)

Этот коэффициент определяется экспериментально. При этом он может быть как меньше единицы (=0,95 – 0,98) для перегретого пара и газа, так и больше единицы (1,02) для влажного насыщенного пара в конце процесса.

Значение <1 объясняется соотношением скоростей и удельных объемов в выходном сечении сопла f_к для идеального и реального процессов истечения: c_кi<c_к, v_кi>v_к. Это видно из выражения коэффициента расхода для данного сечения

.

Значение >1 возможно при истечении вещества, сопровождающегося фазовым переходом пара в жидкость, когда образование капель жидкости отстает от снижения давления в сечении канала и соотношение удельных объемов пара в выходном сечении имеет вид v_кi<v_к.