Процессы торможения. Параметры заторможенного потока

Выражение для работы изменения давления в потоке обратимого процесса истечения газа или пара без теплообмена и совершения технической работы имеет вид

,

из которого видно, что знаки dc и dр при истечении противоположны. В сопловом канале dр<0, а dc>0. Канал, в котором давление повышается, а скорость уменьшается, называется диффузором. В диффузоре протекает процесс, противоположный процессу соплового канала.

Внеподвижном диффузоре (рис. 10.5) происходит процесс торможения потока с преобразованием кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления потока без обмена энергией вещества с внешней средой (q=0 и _т=0). Для этого процесса уравнение первого закона термодинамики будет иметь вид

. (10.17)

Если скорость за диффузором равна нулю (с₂=0), то уравнение (10.17) для полностью заторможенного потока будет иметь вид

. (10.18)

Процесс полного торможения в диффузоре потока водяного пара в h,s- диаграмме показан на рис. 10.6.

Численное значение энтальпии h₂ в выражении (10.18) одинаково для обратимого и необратимого процессов полного торможения. Давление пара в конце необратимого процесса полного торможения уменьшается по отношению к конечному давлению в обратимом процессе р_2*<р₂ и зависит от степени его необратимости.

В зависимости от устройств, где происходит торможение потока газа или пара, их давление может не только увеличиваться, но оставаться постоянным и даже уменьшаться.

Параметры полностью заторможенного потока имеют большое практическое значение. Для идеального газа с постоянной изобарной теплоемкостью, когда h₂-h₁=с_р(Т₂-Т₁), можно определить температуру полностью заторможенного потока Т₂, представив выражение (10.18) в виде

. (10.19)

При измерении температуры потока газа (рис.10.7), датчик, помещенный в движущуюся среду, измеряет температуру полностью заторможенного потока t*, и для определения действительного значения температуры t необходимо учесть кинетическую составляющую потока.

Параметры полностью заторможенного потока используются при расчете сопловых каналов с начальной скоростью больше нуля.

Методика расчета соплового канала при истечении через него газа или пара с начальной скоростью больше нуля

Все ранее полученные зависимости для истечения через сопло газа (пара) были получены при начальной скорости потока c_о=0. Для того чтобы можно было ими пользоваться при c_о>0, начальные параметры газа (пара) приводят к параметрам полностью изоэнтропно (s=const) заторможенного потока (рис. 10.8).

При этом процесс расширения газа можно представить в виде адиабатного процесса, начинающегося от параметров полностью заторможенного потока (точка 1* рис. 10.8). В точке 1* фиксируется фиктивное состояние вещества с нулевой скоростью. Определяется энтальпия полностью заторможенного потока h_о* как

, (10.20)

и по s_о и h_о* находится давление заторможенного потока р_о*. Используя давление р_о*, определяется критическое давление:

. (10.21)

Дальнейший расчёт сопла ведётся традиционным путём относительно параметров точки 1* – полностью заторможенного потока:

, (10.22)

. (10.23)

Необходимо обратить внимание на то, что при таком истечении пользоваться коэффициентами , _с, характеризующими необратимость процесса, можно только на реальном (1-2*) процессе, а коэффициентом  пользоваться нельзя, т. к. процесса 1*-1 нет,.