- •Тема 16. Котельные установки……………..………………………………149
- •Тема 17. Использование вэр и охрана окружающей среды………..…..170
- •Введение
- •Часть 1. Термодинамика
- •Тема 1. Основные понятия и определения
- •Предмет и метод термодинамики
- •Объект изучения термодинамики
- •1.3 Параметры состояния термодинамической системы
- •1.4 Уравнение состояния идеального газа. Понятие об идеальных и реальных газах
- •1.5 Газовые смеси
- •1.6 Термодинамический процесс
- •Тема 2. Первый закон термодинамики
- •2.1 Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Частные случаи закона
- •2.2 Внутренняя энергия системы
- •2.3 Работа расширения и pv-диаграмма для изображения работы
- •2.4 Работа и теплота
- •2.5 Теплоемкость газов
- •2.6 Энтальпия
- •Тема3. Второй закон термодинамики
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Энтропия и математическое выражение второго закона
- •3.3 III начало термодинамики
- •3.4 Т,s диаграмма для изображения теплоты
- •3.5 Физический смысл энтропии
- •3.6 Основное уравнение термодинамики и вычисление энтропии
- •Тема. 4 термодинамические процессы идеальных газов в закрытых системах
- •4.1 Изохорный процесс
- •4.2 Изобарный процесс
- •4.3 Изотермический процесс
- •4.4 Адиабатный процесс
- •4.5 Политропный процесс
- •Тема 5. Термодинамические циклы
- •5.1 Круговые процессы
- •5.2 Термодинамическая схема теплового двигателя
- •5.3 Прямой цикл Карно
- •5.4 Обратный цикл Карно
- •Тема 6. Циклы паросиловых, холодильных установок и теплового насоса
- •6.1 Циклы паросиловых установок. Цикл Ренкина
- •6.2 Циклы холодильных установок
- •6.3 Цикл теплового насоса
- •6.4 Эксергия. Эксергический анализ
- •Тема7. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
- •7.1 Цикл Отто
- •7.2 Цикл Дизеля
- •7.3 Цикл Тринклера (или Сабатэ)
- •Тема8. Термодинамика потока газов и паров
- •8.1 Уравнение первого закона термодинамики для потока
- •8.2 Истечение газов и паров
- •8.3 Дросселирование. Температура инверсии
- •Часть 2. Теория тепло и массообмена
- •Тема 9. Основы теории теплообмена
- •9.1 Введение. Теплопроводность
- •9.2 Закон Фурье – основной закон теплопроводности
- •9.3 Теплопроводнсть плоской однородной, однослойной стенки
- •9.4 Теплопроводность многослойной стенки
- •9.5 Теплопроводность цилиндрической стенки.
- •Тема10. Конвективный теплообмен
- •10.1 Понятие теплообмена. Закон Ньютона Рихмана
- •10.2 Критерии подобия
- •10.3 Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя
- •10.4 Теплоотдача при свободном движении теплоносителя
- •10.5. Теплоотдача при кипении
- •10.6 Теплоотдача при конденсации пара
- •Тема11. Теплопередача чарез стенку
- •11.1 Понятие теплопередачи, теплопередача через плоскую стенку.
- •11.2 Уравнение теплопередачи.
- •11.3 Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •Тема12. Лучистый теплообмен
- •12.1 Понятие лучистого теплообмена
- •12.2 Законы лучистого теплообмена
- •12.3 Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •Тема13. Водяной пар
- •13.1 Процесс парообразования в pv-координатах
- •13.2 Ts и hS диаграмма водяного пара
- •13.3 Параметры состояния жидкости и пара
- •Тема14. Влажный воздух
- •14.1 Понятие влажного воздуха, его характеристики
- •14.3 Сушка материала
- •Тема15. Топливо
- •15.1 Классификация топлива
- •15.2 Состав топлива
- •15.3 Характеристики топлива.
- •15.4. Примеры твердого, жидкого, газообразного топлива.
- •15.5 Процесс горения топлива
- •15.6 Состав и объем продуктов сгорания.
- •15.7 Нефтяные топлива.
- •15.8 Понятие детонации, октанового числа и цетанового числа.
- •Тема16. Котеьные установки
- •16.1 Понятие котла и котельной установки
- •16.1 Паровой котёл и его основные элементы
- •16.3 Паровые и водогрейные котлы
- •16.4 Вспомогательное оборудование
- •16.5 Топка, топочные устройства
- •16.6 Котлы утилизаторы
- •16.7 Тепловой баланс горения
- •Тема17. Использование вэр и охрана окружающей среды
- •17.1 Понятия вэр
- •17.2 Классификация вторичных энергетических ресурсов в промышленности
- •17.3 Использование вторичных энергетических ресурсов промышленности
- •17.4 Расчет вэр на экономическую эффективность
- •Заключение.
8.2 Истечение газов и паров
Истечением называется ускоренное движение газа через относительно короткие каналы особой формы – сопла, в которых происходит падение давления.
Если в каналах происходит уменьшение скорости движения и увеличение давления, то такие каналы называются диффузорами.
Сопла и диффузоры бывают суживающимися и расширяющимися.
Так как сопла представляют собой короткие каналы и время пребывания в них потока незначительное, то теплообменом между стенками канала можно пренебречь и процесс истечения считать адиабатным (q = 0); здесь будем также рассматривать неподвижные каналы (lТ = 0) и пренебрегать изменением внешней потенциальной энергии (1у = 0).
В соответствии с уравнением (8.9) скорость истечения из сопла
. (8.16)
Принимая w1 = 0, что допустимо во многих технических решениях, получим:
. (8.17)
Опуская индекс у скорости тела на выходе из сопла, с учетом уравнений (8.12) и (8.15), получим:
. (8.18)
Если известны скорость истечения w, площадь А выходного сечения канала и удельный объем v2 рабочего тела в этом сечении, то можно определить массовый расход рабочего тела через сопло:
. (8.19)
Учитывая, что для адиабатного процесса , и принимая во внимание (8.18), будем иметь:
. (8.20)
Из этого уравнения следует, что расход идеального рабочего тела зависит от площади выходного сечения канала, свойств и начальных параметров тела (k, p1, v1) и степени его расширения (отношения p2/p1).
Отношение p2/p1 при котором достигается максимальный расход, называется критическим отношением давлений и обозначается через βкр. Для одноатомных газов (k =l,66) βкр = 0,49; для двух атомных (k = 1,4) βкр = 0,528; для трехатомных газов (k = l,4) и перегретого водяного пара βкр = 0,546. В первом приближении можно принять βкр ≈ 0,5.
Скорость истечения wкр, соответствующая критическому отношению давлений, называется критической скоростью.
Зависимость профиля сопла от скорости (взаимосвязь между площадью сечения канала и скоростью истечения) устанавливается из уравнения постоянства расхода (8.1).
В случае течения несжимаемой жидкости (например, воды, нефти), для которой v = const, получаем простую обратно пропорциональную зависимость между сечением сопла и скоростью.
Значительно сложнее течение сжимаемого газа. В этом случае сечение сопла (профиль) при данном секундном расходе газа m будет определяться характером изменения не только скорости w, но и удельного объема v, который изменяется по закону адиабаты.
Анализ графиков изменения удельного объема и скорости (рисунок 8.2) показывает, что в докритической области ((p2/p1) > βкр ) степень увеличения объема Δvx меньше степени увеличения скорости Δwx и сопло должно быть суживающимся; в закритической области ((p2/p1) < βкр ), наоборот, степень увеличения объема больше степени увеличения скорости (пунктирные кривые), и сопло должно быть расширяющимся.
Следовательно, если газ с начальными параметрами p1 и v1, истекает в среду с давлением p2 < p2кр и требуется получить w2 > w2кр, то сопло должно сначала суживаться, а затем расширяться к выходу, как показано на рисунке 8.3.
В таком комбинированном сопле, называемом по имени его изобретателя соплом Лаваля, в самом узком сечении всегда устанавливаются критическая скорость w2кр и максимальный расход. Далее в расширяющейся части при постоянном расходе mmax скорость увеличивается до величины w2, определяемой уравнением (8.18).
Рис. 8.2 – Зависимость расхода (а), Рис. 8.3 – Схема сопла Лаваля
скорости (б) и удельного объема (в) и закономерность изменения
при истечении от перепада давления р и w вдоль сопла