Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:

Лабораторна робота N 5 "Дослідження процесів

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒



витікання в докритичному режимі"

Вступ

Витікання газів та пари застосовується у багатьох теплових машинах (турбіни парові та газові, реактивні двигуни та ін.), які експлуатуються в техніці, в тому числі, в будівельній індустрії.

Витікання - це термодинамічний процес переходу робочого тіла із стану,

 

що характеризується початковим тиском p1, до стану, що характеризується тиском p2 (p1 ¹ p2), через короткі канали спеціальної форми.

Канали змінного перерізу, в яких тиск зменшується (p1 > p2), а швидкість робочого тіла зростає, називаються соплами. Якщо в каналах тиск підвищується, а швидкість зменшується, то такі канали називаються дифузорами.

Рівняння першого закону термодинаміки, застосоване для потоку 1 кг робочого тіла, має вигляд:

, (5.1)

де q - теплота, що підводиться до робочого тіла, кДж/кг;

Du - зміна внутрішньої енергії, кДж/кг;

пр - робота проштовхування, кДж/кг;

т - технічна робота потоку, кДж/кг;

к - робота, що витрачається на зміну кінетичної енергії потоку, кДж/кг;

п - робота, що витрачається на зміну потенційної енергії потоку, кДж/кг;

p - тиск робочого тіла, кПа;

v - питомий об`єм, м3/кг;

w - швидкість потоку, м/с;

g - прискорення сили тяжіння, м/с2;

H - геометрична висота перерізу канала, в якому розглядається стан робочого тіла, м.

Індекси 1 та 2 віднесені до величин, що характеризують стан робочого тіла перед каналом та на його вихідному перерізі.

З урахуванням співвідношення для ентальпії:

(5.2)

з рівняння (5.1) витікає:

. (5.3)

В практичних умовах процес витікання відбувається адіабатно (q = 0). Якщо при цьому канал встановлено горизонтально (H2 = H1), і потік не виконує технічної роботи ( = 0), то рівняння (5.3) приймає вигляд:

. (5.4)

З рівняння (5.4) витікає:

. (5.5)

Рівняння (5.5) свідчить про те, що зміна кінетичної енергії потоку при витіканні здійснюється за рахунок зміни його ентальпії.

Швидкість потоку перед соплом w1 у порівнянні з швидкістю витікання w2 суттєво менше (w1 << w2), тому при розрахунку швидкості витікання нею можна знехтувати.

При цій умові з рівняння (5.5):

 

. (5.6)

 

Якщо в рівнянні (5.6) замінити ентальпію через параметри газового потоку, які можна виміряти, то формула для розрахунку теоретичної швидкості wт витікання газу прийме вигляд:

(5.7)

де k - показник адіабати;

R - газова стала, Дж/(кг·град);

T1 - абсолютна температура газу перед соплом, К.

З рівняння (5.7) видно, що швидкість витікання залежить від природи газу або пари (к, R), а також від співвідношення тисків пред соплом та на вихідному перерізі .

Для кожного газу існує таке співвідношення bкр, при якому швидкість витікання досягає місцевої швидкості звука wт = a, а масова витрата - максимального значення mт = mmax.

При b >bкр режим витікання докритичний (wт < a), а канал для досягнення максимально можливої швидкості витікання має бути звуженим.

При b < bкр можливе витікання в критичному режимі (wт = a) або в закритичному (wт > a). Якщо сопло буде звуженим то максимальна швидкість, яка може бути досягнута в цих умовах, дорівнюватиме швидкості звука.

Для досягнення закритичного режиму витікання необхідно використовувати комбіноване сопло, що складається із звуженої та розширеної частин (сопло Лаваля).

З рівняння нерозривності потоку теоретична масова витрата mт дорівнює:

, (5.8)

де f - площа перерізу канала, м2.

Якщо розглядати вихідний переріз канала f2 з урахуванням рівняння (5.7) та v1, то

. (5.9)

При фактичному витіканні газу або пари через сопла та дифузори присутні витрати енергії на тертя потоку об стінки канала та між окремими шарами потоку. Тому дійсні швидкість витікання wд та масова витрата mд будуть менше теоретичних.

Для оцінки ступені приближення дійсного процесу витікання до теоретичного використовуються швидкісний коефіцієнт сопла:

(5.10)

та коефіцієнт витрати сопла:

(5.11)

 

Мета лабораторної роботи

Мета роботи - поглиблення знань з теорії витікання газів та пари, знайомство з впливом форми сопла на швидкісні та витратні характеристики.

 

Завдання лабораторної роботи

- визначити теоретичні та фактичні швидкість витікання та витрату через сопла різної форми;

- визначити швидкісні коефіцієнти та коефіцієнти витрати для всіх досліджуваних сопел;

- проаналізувати вплив форми конала на швидкість витікання повітря в докритичному режимі.

 

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка для визначення швидкісного коефіцієнта та коефіцієнта витрати сопел різної конфігурації, схема якої зображена на рис.5.1, має у своєму складі досліджуване змінне сопло 1, що вкручується в перехідну муфту 2, U - подібний манометр 3 для виміру надлишкового тиску перед соплом, термометр 4 для визначення температури повітря перед соплом.

Перерізи досліджуваних сопел 1 та їх габаритні розміри приведені в додатку 6.

Вимір витрати повітря здійснюється за допомогою вимірювальної діафрагми 5, перепад тиску на якій Dp реєструється U - подібним манометром 6 і розраховується з аналітичного виразу:

V' ·104 = 1,229+3,152·10-2· Dp – 3,941·10-5· Dp 2, (5.12)

де V' - витрата повітря, м3/с;

Dp - перепад тиску на U- подібному манометрі 6, мм. вод. ст.

Вид графічної залежності V'=f(Dp) наведено на рис. 7.

Нагнітання повітря здійснюється пилососом 8, потужність якого і відповідна витрата повітря регулюються за допомогою ЛАТРа 9. Подача напруги на ЛАТР 9, про що свідчить горіння сигнальної лампи 11, здійснюється через вимикач 10.

Методика виконання роботи

Лабораторну роботу по дослідженню процесів витікання повітря в докритичному режимі через канали різної формі перерізу необхідно виконувати в такій послідовності:

1. Зафіксувати по барометру атмосферний тиск В та температуру повітря в приміщенні (температура навколишнього середовища).

2. Візуально визначити і зафіксувати в журналі спостережень форму каналів сопел.

3. В муфту 2 вкрутити одне з досліджуваних сопел 1.

 

 

 

 
 

 

Рис.5.1 Схема лабораторної установки для дослідження

витікання в докритичному режимі

 

4. За допомогою вимикача 10 подати напругу на ЛАТР 9. При цьому повинна загорітися сигнальна лампочка 11. Підвищуючи ЛАТРом 9 потужність

пилососа 8 встановити довільний надлишковий тиск перед соплом 1, що визначається манометром 3.

5. Зафіксувати покази манометрів 3, 6 та термометра 4.

6. Виключити пилосос 8 шляхом зниження ЛАТРом 9 його потужності до нуля та відключити його від мережі вимикачем 10.

7. Замінити сопло 1 на інше та повторити операції по п.п.2...5, підтримуючи надлишковий тиск перед соплом незмінним для кожного з досліджуваних сопел.

8. Результати вимірів занотувати в журнал спостережень.

 

 

Обробка результатів спостережень

 

1. Визначити тиск повітря перед соплом:

 

(5.12)

 

 

Журнал спостережень

Барометри чний тиск, В Температура навколиш нього середовища Форма конала сопла Надлишко вий тиск перед соплом Рнад Температура повітря перед соплом Перепад тиску на вимірювальній діафрагмі Dр, мм рт. ст. Розрахована витрата повітря V´ ×104, м3/с
мм рт. ст. Па t2, 0C T2, K мм вод. ст. Па t2, 0C T2, K
                     

 

та на вихідному перерізі сопла:

. (5.14)

2. Розрахувати площу найменшого перерізу сопла:

. (5.15)

3. Визначити питомий об`єм повітря перед соплом:

. (5.16)

4. По рівнянням (5.7) та (5.9) розрахувати теоретичні швидкість витікання та масову витрату повітря, приймаючи в рівнянні (5.7),що f2 =fmin.

5. Розрахувати для кожного сопла фактичну швидкість витікання wд, приймаючи розрахункову площу f2р з урахуванням габаритних розмірів вихідного перерізу (додаток 6):

. (5.17)

6. Визначити фактичну масову витрату повітря для кожного сопла:

. (5.18)

7. Для кожного з досліджених сопел з рівнянь (5.10) та (5.11) визначити швидкісний коефіцієнт та коефіцієнт витрати сопла.

 

Форма канала сопла Швидкісний коефіцієнт j Коефіцієнт витрати m

 

8. Проаналізувати вплив форми перерізу канала сопла на швидкісні характеристики досліджених сопел.

 

Контрольні запитання

1. Що таке витікання?

2. Що таке сопло, дифузор? Привести приклади їх практичного застосування.

3. Чим характеризуються докритичний, критичний та закритичний режими витікання?

4. Які форми перерізу канала сопла треба обрати для досягнення максимально можливої швидкості, якщо а) b>bкр; б) b= bкр; в ) b< bкр?

5. Що характеризує число Маха?

6. Конструкція та принцип дії комбінованого cопла (сопла Лаваля).

7. Призначення та приклади практичного використання сопла Лаваля.

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒




Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных