- •Государственное образовательное учреждение высшего
- •Научный редактор
- •Введение
- •1. Термодинамический анализ процессов в теплоэнергетических установках
- •1.1. Обобщенная схема теплоэнергетической установки
- •1.1.1. Работа измерения давления в потоке при расширении
- •1.1.2. Работа изменения давления в потоке при расширении в адиабатных процессах
- •1.1.3. Изображение работы изменения давления в потоке
- •Произвольных процессов расширения
- •1.1.4. Работы изменения давления в потоке при сжатии
- •1.1.5. Работа изменения давления в потоке для адиабатных процессов сжатия
- •1.1.6. Изображение работы изменения давления в потоке
- •Произвольных процессов сжатия
- •Вопросы для самоподготовки к главе 1
- •2. Эксергия в потоке
- •Вопросы для самоподготовки к главе 2
- •3. Первый закон термодинамики для потока
- •3.1. Основные понятия и характеристики потока
- •3.2. Уравнение первого закона термодинамики для потока
- •Анализ первого закона термодинамики для потока
- •Вопросы для самоподготовки к главе 3
- •4. Истечение газа и пара через сопло
- •4.1. Расчет соплового канала
- •Особенности расчета соплового канала при истечении реальных газов и паров
- •4.2. Адиабатное истечение через сопло с потерями
- •4.3. Торможение. Параметры заторможенного потока
- •Методика расчета соплового канала при истечении через него веществ с начальной скоростью больше нуля
- •Вопросы для самоподготовки к главе 4
- •5. Дросселирование газов, паров и жидкостей
- •5.1. Анализ процесса дросселирования
- •5.2. Эффект Джоуля – Томсона
- •Вопросы для самоподготовки к главе 5
- •6. Смешение газов и паров
- •6.1. Смешение в объёме
- •6.2. Смешение в потоке
- •6.3. Смешение при заполнении объёма
- •Вопросы для самоподготовки к главе 6
- •7. Циклы паротурбинных установок
- •7.1. Анализ возможности практической реализации цикла Карно в области влажного насыщенного водяного пара
- •7.2. Цикл пту на перегретом паре и сжатии рабочего тела в области жидкости
- •7.3. Методика расчета цикла простой пту Расчет обратимого цикла пту
- •Определение теплоты, подведенной в цикле пту
- •Определение теплоты, отведенной из цикла пту
- •Тепловой баланс цикла пту
- •Расчет необратимого цикла пту
- •7.3.1. Система кпд цикла пту
- •7.4. Влияние параметров рабочего тела на тепловую экономичность пту
- •7.4.1. Влияние начального давления на тепловую экономичность пту
- •7.4.2. Влияние начальной температуры на тепловую экономичность пту
- •7.4.3. Влияние конечного давления на тепловую экономичность пту
- •7.5. Цикл пту с вторичным перегревом пара
- •Выбор давления вторичного перегрева пара
- •7.5.1. Методика расчета обратимого цикла пту с вторичным
- •7.5.2. Методика расчета необратимого цикла пту с вторичным перегревом пара
- •7.6. Регенеративный цикл пту
- •7.6.1. Методика расчета обратимого регенеративного цикла пту
- •Определение долей отборов пара на подогреватели
- •Определение теплоты, подведенной в цикле пту
- •Теплота, отведенная из цикла пту
- •Техническая работа расширения пара в турбина
- •Термический кпд цикла пту
- •7.6.2. Методика расчета необратимого регенеративного цикла пту
- •Определение долей отборов пара на подогреватели
- •Определение теплоты, подведенной в цикле пту
- •Теплота, отведенная из цикла пту
- •Техническая работа расширения пара в турбина
- •Кпд цикла пту
- •7.6.3. Анализ экономичности регенеративного цикла пту
- •7.6.4. Выбор оптимальных давлений отборов пара турбины на регенеративные подогреватели пту
- •Особенности расчета регенеративных пту с подогревателями поверхностного типа
- •7.7. Теплофикационные циклы пту
- •7.7.1. Методика расчета теплофикационного цикла пту
- •7.8. Особенности циклов пту аэс
- •7.8.1. Термодинамические особенности цикла аэс на насыщенном водяном паре
- •1) Удаление капельной влаги из пара позволяет осуществлять нагрев пара без резкого изменения объема;
- •2) Снижается расход греющего пара на пароперегреватель, так как на испарение влаги расходуется больше теплоты, чем на перегрев пара.
- •1) Степень сухости пара на выходе из чнд (хКдоп0,88) должна иметь допустимое значение, при этом хКдоп для чвд может быть меньше 0,88 в зависимости от высоты лопаток последних ступеней чвд турбины;
- •7.8.3. Термодинамические особенности двухконтурного цикла аэс на насыщенном водяном паре
- •7.8.4. Термодинамические особенности трехконтурного цикла аэс на перегретом водяном паре
- •7.8.5. Термодинамические особенности цикла аэс с газовым теплоносителем
- •7.8.6. Эксергетический анализ тепловой экономичности цикла пту
- •Вопросы для самоподготовки к главе 7
- •8. Циклы газотурбинных установок
- •8.1. Анализ тепловой экономичности разомкнутого цикла гту
- •8.1.1. Влияние параметров рабочего тела на тепловую экономичность идеального цикла гту
- •8.1.2. Влияние параметров рабочего тела на тепловую экономичность реального цикла гту
- •8.2. Регенеративный цикл гту
- •8.3. Регенеративный цикл гту с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела
- •8.4. Эксергетический анализ гту
- •Вопросы для самоподготовки к главе 8
- •9. Циклы парогазовых установок
- •9.1. Цикл пгу с котлом-утилизатором
- •9.2. Цикл пгу с низконапорным парогенератором
- •9.3. Цикл пгу с высоконапорным парогенератором
- •9.4. Полузависимая пгу
- •Вопросы для самоподготовки к главе 9
- •10. Циклы холодильных установок и тепловых насосов
- •10.1. Цикл воздушной холодильной установки
- •Анализ тепловой экономичности обратимого цикла вху
- •Анализ тепловой экономичности реального цикла вху
- •10.2. Паро-компрессорная холодильная установка
- •Методика расчета идеального цикла пкху
- •Реальный цикл пкху
- •10.3. Паро-компрессорный цикл теплового насоса
- •Вопросы для самоподготовки к главе 10
- •11. Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •11.1. Принцип работы поршневых двс
- •11.2. Термодинамический анализ циклов двс
- •11.3. Термодинамический анализ циклов двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном объеме
- •11.4. Термодинамический анализ циклов двс с подводом теплоты к рабочему телу при постоянном давлении
- •11.5. Термодинамический анализ цикла двс со смешанным подводом теплоты к рабочему телу
- •11.6. Сравнение термодинамической экономичности циклов двс
- •Сравнение экономичности двс при одинаковых значениях q1 и допустимых величинах
- •Сравнение экономичности двс при одинаковых значениях q1 и Рмах
- •Вопросы для самоподготовки к главе 11
- •12. Циклы воздушных реактивных двигателей
- •12.1. Цикл прямоточного врд
- •12.2. Цикл турбокомпрессорного врд
- •Вопросы для самоподготовки к главе 12
- •Заключение
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Чухин Иван Михайлович
- •Часть 2
- •153003, Г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34.
- •153025, Г. Иваново, ул. Дзержинского, 39.
4.2. Адиабатное истечение через сопло с потерями
Действительный адиабатный процесс истечения газа или пара через сопло всегда связан с трением, следствием которого является возрастание энтропии (рис. 4.8). Потери работы изменения давления в потокеlo, обусловленные трением в сопловом канале, называются сопловыми потерями располагаемой работы и обозначаются Δlc.
Для расчётов сопла в данном случае удобно использовать h,s- диаграмму. На рис. 4.8 в этой диаграмме изображены идеальный адиабатный процесс истечения водяного пара 1-2 и реальный – 1-2*. За счёт трения конечная энтальпия h1i в действительном процессе оказывается больше, чем энтальпия h1 идеального процесса.
Потеря работы изменения давления в потоке за счёт трения в процессе 1-2 составляет:
, (4.21)
где lо – работа изменения давления в потоке идеального процесса истечения (располагаемая работа) водяного пара в сопле;
lоi – 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 cо=0):
, .
Действительная скорость истечения меньше теоретической, их отношение называется скоростным коэффициентом сопла :
. (4.22)
Наравне со скоростным коэффициентом сопла необратимость процесса истечения в сопловом канале характеризуется коэффициентом потерь энергии соплового канала или адиабатным коэффициентом сопла с:
; (4.23)
. (4.24)
Как видно из выражений (4.22) (4.24) коэффициенты потерь, адиабатный и скоростной коэффициент взаимосвязаны. Зная один, можно определить другой.
. (4.25)
При расчете сопла с учетом потерь на трение давление в самом узком сечении сопла будет критическим, а скорость истечения оказывается меньше скорости звука. Она достигает значения скорости звука за минимальным сечением в расширяющейся части сопла. 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 проточной части турбины для определения проходных сечений сопловых и рабочих решеток используется коэффициент расхода µ, это отношение действительного расхода Gi к теоретическому G:
. (4.26)
Этот коэффициент определяется экспериментально. При этом он может быть как меньше единицы (µ =0,95 – 0,98) для перегретого пара и газа), так и больше единицы (µ1,02) для сухого и влажного насыщенного пара).
Значение µ<1 объясняется соотношением скоростей и удельных объемов в данном сечении сопла f1 для идеального и реального процессов истечения: c1i<c1, v1i>v1. Это видно из выражения коэффициента расхода для данного сечения
.
Значение µ>1 возможно при истечении вещества, сопровождающееся фазовым переходом пара в жидкость (рис.4.9).
В этом случае образование капель жидкости отстает по времени от уменьшения давления, т.к. процесс истечения очень быстротечен. В результате этого удельный объем, пара в данном сечении сопла не соответствует давлению в этом сечении. Он имеет меньшее значение, чем удельный объем в данной точке реального процесса расширения, изображенного в h,s- диаграмме, т.е. точке 2* соответствует удельный объем v1i. При этом может оказаться, что действительный удельный объем в данном сечении будет меньше теоретического v1i<v1. В том случае, если это уменьшение объема будет больше уменьшения действительной скорости истечения по отношению к теоретической (v1i/v1<c1i/c1), получиться, что коэффициент расхода будет больше единицы.
Используя коэффициент расхода сопла, определяем расход газа через сопло при известной площади cечения канала, по параметрам идеального процесса истечения газа в этом сечении:
.
Особенности процесса истечения через сопловой канал при начальной скорости больше нуля будут рассмотрены в разделе 4.3.