Водяна пара, витікання та дроселювання газів і пари. Способи розповсюдження тепла, страница 2

Але з практичною метою діаграма І-s  будується не для всієї області насичення, а для її частки , яка наближується до області перегріву, якою найчастіше приходиться користуватися.

( Запропонувати рішення практичної задачі з використанням І –s діаграми).

3. Поняття про витікання газів і пари. Критична швидкість. Сопло    Лаваля. Процес дроселювання газів і пари.

Для перетворення енергії пари або газів в механічну роботу використовуються теплові двигуни (турбіни). Принцип дії їх засновано на використанні енергії струї пари або газу, яка витікає під тиском з замкнутого об’єму кріз малий отвір – сопло.

Вважається цей процес відбувається швидко, без теплообміну з зовнішнім середовищем. І тому розширення газу під час витікання його кріз сопло вважається адіабатним процесом. Робота адіабатного процесу розширення газу виконується за рахунок змінення внутрішньої енергії.

Швидкість витікання газу з сопла визначають за формулою:

С =          (3.1)

Де і₁ – ентальпії робочого тіла при виході з сопла;

      і₂ – ентальпії робочого тіла після виходу робочого тіла з сопла.

Формулою 3.1. зручно користуватися під час визначення швидкості витікання пари з сопла, тому що ентальпію можливо легко визначити за допомогою Іs діаграми.

Кількість газу, який витікає кріз сопло в основному залежить від співвідношення тисків на виході з сопла та тиску на вході в сопло (). В дійсності, як показують досліди, секундні витрати збільшуються, починаючи з ноля, коли співвідношення дорівнює 1, до деякого значення, при зменшенні співвідношення. Але це збільшення витрат доходить до якогось максимума, а потім остається незмінним при зменшенні співвідношення тисків Р₁ і Р₂.

Це співвідношення тисків, при якому не відбувається подальше збільшення витрат витікання газу називають критичним, а швидкість витікання газу – критичною швидкістю. Критична швидкість визначається за формулою:

С_КР = ,           (3.2)

де k – коефіцієнт адіабати.

Перепад тиску та значна частка тепла, при витіканні газів кріз звичайні сопла, не використовується, тому що розширення робочого тіла відбувається поза соплом і супроводжується завихренням, тобто переходом кінетичної енергії в теплову.

Для повного використання енергії струї газу або пари (повного використання перепаду тиску), та коли бажано отримати витікання струї газу з за критичними швидкостями, використовують сопла спеціальної конструкції. Таку конструкцію сопла запропонував шведський вчений Лаваль. Найбільш вузький переріз цього сопла (горловина) розраховується таким чином щоб витрати були максимальними, а швидкість витікання критичною. За горловиною починається розширюючаяся частина сопла, в якій відбувається поступове розширення газу або пари до тиску зовнішнього середовища. Тому що витрати остаються постійними, збільшення питомих витрат робочого тіла призводить до підвищення швидкості витікання його.

Конструкція сопла Ловаля, з метою попередження відриву струї газу від стінок сопла під час великих швидкостей, передбачає кут розширення сопла в межах 8 - 12˚.

 Процес дроселювання.                                        :                                   :                                     В теплотехнічних установках на шляху руху робочого тіла (пари, газів) до двигунів або до вимірювальних приладів встановлюються різна запірно-регулююча арматура, яка має звужений прохідний переріз. Під час проходження газів або пари через звужуючу частину трубопроводу відбувається зниження тиску робочого тіла від Р₁до Р₂. Таке зниження тиску називають дроселюванням.

Крім зниження тиску при дроселюванні відбувається і зниження швидкості руху пари або газу, тобто знижується кінетична енергія. Ентальпія  пари практично не змінюється (на Іsдіаграмі цей процес відображається горизонтальною прямою). У більшості випадків процес дроселювання – шкідливе. Наприклад при дроселюванні  перегрітої пари можливе зниження температури пари, а вона оставатиметься перегрітою.