Диаметр выходного сечения сопла
D = 1,13 (fвых )1/2=1.13 (0,0015)1/2 =0,044 м, или 44 мм.
Если угол раскрытия диффузора (j принять равным 14°, то тогда длина диффузора l = 4,07 (D - d) = 4,07..11 = 45 мм.
Длину сужающейся части сопла Лаваля можно принять примерно в три раза меньшей длины диффузора, т. е. равной 15 мм. Входной диаметр конфузора (сужающейся части сопла Лаваля) можно принять равным выходному диаметру диффузора.
Выше приведены расчетные режимы работы сопел, при осуществлении которых давление среды равно давлению струи в выходном сечении сопла. Если же давление в выходном сечении сопла отличается от расчетного, то такой режим называют нерасчетным. Режим недорасширения возникает тогда, когда площадь выходного сечения сопла недостаточна для расширения потока до давления, равного давлению среды. В этом случае величину р вычисляют по действительному отношению давлений. Расширение газа до давления, равного давлению среды, происходит вне сопла и не сопровождается увеличением расхода. Режим перерасширения возникает при слишком большом выходном сечении сопла. В сечении сопла, в котором давление потока сравнивается с давлением среды, происходит отрыв струй от стенок, сопровождающийся скачками уплотнения. В скачке уплотнения давление резко увеличивается, а скорость уменьшается до дозвуковой. В расширяющемся сопле поток будет замедляться. Массовый расход потока через сопло Лаваля на нерасчетных режимах не меняется, так как он определяется условиями течения в критическом сечении. Однако скорость истечения при работе на нерасчетных режимах будет меньше, чем на расчетных.
Дросселированием газа или пара называют понижение их давления при прохождении через уменьшенные сечения в трубопроводах, клапанах, заслонках, диафрагмах, пористых перегородках и т. д. В паровых установках его используют для регулирования мощности с помощью регулировочных клапанов, позволяющих плавно и в широких пределах менять сечение канала, свободного для прохода пара. Дросселирование используют также при измерениях расхода газа или жидкости.
Рис. 14. Дросселирование газа или пара в диафрагме
Рис. 15. Изменение параметров водяного пара и воды при дросселировании
При протекании газа или пара через сужение, например через отверстие в диафрагме (рис. 14), его скорость повышается, а давление понижается. После сужения скорость потока понижается, а давление повышается. Однако давление газа после сужения всегда ниже давления до сужения, так как часть кинетической энергии потока затрачивается на образование завихрений и работу проталкивания газа за сужением.
Приняв, что процесс дросселирования происходит без теплообмена с окружающей средой, можно записать: i1+ 0,5w21 = i2+ 0,5w22.
Здесь i и w - энтальпия и скорость газа соответственно до и после сужения.
Непосредственно за сужением скорость потока будет выше, чем до сужения. В соответствии с уравнением Д. Бернулли, записанном в форме баланса механической энергии (уравнение (111.7)), в сечениях непосредственно до и после сужения возникает перепад статического напора, величина которого при неизменной площади сужения определяется величиной расхода потока. Чем больше расход, тем выше скорость, а следовательно, и больше перепад статического напора. Этот принцип используется при определении расхода газов или жидкости с помощью диафрагм или сопел.
Если w1 = w2, то энтальпия газа после прохода потока через сужение меняться не будет. Изменение скорости, даже очень большое, не может вызвать существенного изменения энтальпии, так как кинетическая энергия потока существенно мала в сравнении с его энтальпией. Поэтому принимают, что температура идеального газа при дросселировании не меняется.
В 1852 г. в опытах Джоуля и Томсона было обнаружено явление изменения температуры при дросселировании реального газа, получившее название эффекта Джоуля—Томсона. В зависимости от природы и начальных условий температура газа может уменьшаться или увеличиваться.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.