Определение расхода газа через сопло при критическом истечении

· Теоретический расход воздуха через сопло при критиче-

ском истечении (р_к≤ р_криe≤e_кр),кг/с,в этом режиме истече-ния относится к процессу 1-3 (см. рис. 6.1, б) и определяется по формуле (9):

где e_кр рассчитывается для соответствующего газа по формуле

(7).

Определение действительного расхода воздуха через сопло при критическом истечении ведется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы G = f(∆Н) (см. приложение). Посколь-ку в этом режиме ∆Н = const, то и G_{оп. кр} = const.

Определение коэффициентов m, x, j, харатеризующих необратимость процесса истечения газа через сопло

Коэффициент расхода рассчитывается для выходного сече-ния сопла по формуле (16) с использованием опытного и теоре-тического расходов газов через сопло:

_{µ =} ^G оп ₌ ^fc 1i ^v 1 ₌ ^c 1i ^v 1 _. ^G теор ^fc 1^v 1i ^c 1^v 1i

Эта величина для газа всегда меньше 1, т.к. с_1i<c₁ и v_1i>v₁ (см.

рис. 6).

Расчет коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффи-

циент сопла j выполняется только по указанию преподавате-ля.

Определение величин x и j ведется по методике, изложенной

в разд. 3 по уравнениям (16) – (20).

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ ПРОЦЕССА ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ СОПЛО

Построение функциональных зависимостей, характеризующих процесс истечения газа через сопло

На основании расчетных данных процессов истечения в масштабе строятся следующие графики: р₁ = f(р_к); р_1теор = f(р_к); G_оп = f(р_к); G_теор = f(р_к); µ = f(р_к). Графики соответствующих величин строятся на единой оси абсцисс р_к, т.е. р₁ = f(р_к) и р_1теор = f(р_к) – первый рисунок, G_оп = f(р_к) и G_теор = f(р_к) – второй рисунок, µ = f(р_к) – третий рисунок.

Анализ процесса истечения газа через сопло

Анализ процесса истечения газа через суживающееся сопло делается на базе полученных расчетных табличных и графиче-ских результатов.

1) Указываются области докритического и критического исте-чения газа при снижении давления газа за соплом.

2) Объясняется характер зависимостей при снижении давле-ния газа за соплом:

· по р₁ = f(р_к) и р_1теор = f(р_к) анализируется изменение давле-ния в выходном сечении сопла (опытное и теоретическое) в за-висимости от уменьшения давления газа за соплом;

· по G_оп = f(р_к) и G_теор = f(р_к) анализируется изменение расхода газа через сопло (опытного и теоретического) в зависимости от

уменьшения давления за соплом.

3) Объясняется, как, используя зависимость µ = f(р_к), можно определить действительный расход газа через сопло и какие замеры при этом необходимо сделать, а какие величины необ-ходимо получить расчетным путем.

Привести для одного из режимов истечения численные зна-чения коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффициен-

та j. Этот пункт выполняется только по указанию преподава-теля.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен включать следующие разделы:

1. Цель работы.

2. Задание.

3. Схема экспериментальной установки.

4. Журнал наблюдений, подписанный преподавателем.

5. Схематичное изображение докритического и критического режимов истечения газа в Т,s-диаграмме.

6. Расчет процесса истечения.

7. Построение в масштабе трех функциональных зависимо-стей:

р₁ = f(р_к) и р_1теор = f(р_к) на одной оси координат; G_оп = f(р_к) и G_теор = f(р_к) на одной оси координат;

µ = f(P_к).

8. Анализ результатов расчета и графических зависимостей процесса истечения газа.

9. Определение коэффициента потерь сопла x и скоростного коэффициента сопла j (выполняется только по указанию преподавателя.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

1. Что такое установившийся стационарный процесс истече-ния газа?

2. Что понимается под одномерным потоком истечения?

3. Напишите уравнение наразрывности потока для одного из сечений канала.

4. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока, имеющего тепловое и механическое взаимодействие с окружающей средой.

5. Напишите первый закон термодинамики для потока при его истечении через сопловой канал.

6. Напишите расчетное выражение для определения скорости

в одном из сечений соплового канала при истечении через него идеального газа. Поясните, как определить величины, входящие

в это выражение.

7. Напишите расчетное выражение для определения скорости

в одном из сечений соплового канала при истечении через него водяного пара. Поясните, как определить величины, входящие в это выражение.

8. Дайте характеристику докритического режима истечения через сопловый канал и укажите, какой профиль соплового ка-нала должен соответствовать такому режиму истечения.

9. Дайте характеристику сверхкритического режима истечения через сопловый канал и укажите, какой профиль соплового ка-нала должен соответствовать такому режиму истечения.

10. Напишите расчетное выражение для определения расхо-да воздуха через сопловый канал при докритическом истечении.

11. Напишите расчетное выражение для определения расхо-да воздуха через сопловый канал в минимальном его сечении при сверхкритическом режиме истечения.

12. Напишите, какой максимальный расход воздуха можно пропустить через сопловый канал при неизменных параметрах воздуха перед соплом.

13. Поясните, как можно увеличить максимальный расход воздуха через сопловый канал, имеющий постоянное минималь-ное сечение.

14. Дайте понятие коэффициента потерь сопла и его расчет-ное выражение с комментариями параметров действительного процесса истечения в h,s-диаграмме.

15. Дайте понятие скоростного коэффициента сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действи-тельного процесса истечения в h,s-диаграмме.

16. Дайте понятие коэффициента расхода сопла и его рас-четное выражение с комментариями параметров действительно-го процесса истечения в h,s-диаграмме.

17. Поясните, как можно, используя коэффициент расхода сопла, определить действительный расход воздуха через него и какие замеры при этом необходимо сделать, а какие величины можно определить расчетным путем.

18. Поясните, как можно, используя коэффициент расхода сопла, рассчитать скоростной коэффициент сопла при истечении через него воздуха.

19. Для какого из газов: воздух, СО₂, Н_е – при одинаковых давлениях на входе и выходе из сопла и одинаковой начальной температуре будет наибольшая скорость истечения газа в вы-ходном сечении сопла?

20. Для какого из газов: воздух, СО₂, Н_е – при одинаковых давлениях на входе и выходе из сопла и одинаковой начальной температуре будет наибольший массовый расход газа через сопло?

21. Для какого из газов: воздух, СО₂, Н_е – при одинаковых давлениях на входе в сопло и одинаковой начальной температу-ре будет максимальный массовый расход газа через сопло?

Библиографический список

1. Чухин, Иван Михайлович.Техническая термодинамика.Часть 2: учеб. пособие / И.М. Чухин; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО « Ивановский государственный энергети-ческий университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2008. – 228 с.

2. Чухин, Иван Михайлович.Сборник задач по техническойтермодинамике: учеб. пособие / И.М. Чухин; Федеральное агент-ство по образованию, ГОУВПО « Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина». – Иваново, 2011. –

248 с.

3. Чухин, Иван Михайлович.Изучение процесса адиабатногоистечения газа через суживающееся сопло методом имитаци-онного моделирования: метод. указания к лабораторной работе по курсу « Техническая термодинамика» / И.М. Чухин; Феде-ральное агентство по образованию, ГОУВПО « Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ле-

нина». – Иваново, 2002. – 28 с.

Приложение

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: