가스 및 증기의 흐름 및 조절 과정. 오픈 라이브러리 - 교육 정보의 오픈 라이브러리 가스 유출 중 k 및 β kp 값

학과 “열공학 및 유체역학의 이론적 기초”

프로세스 연구

공기 누출을 통해

테이퍼링 노즐
컴퓨터에 대한 지침

실험실 작업 1번

익과

사마라 주립 기술 대학교

2008
SamSTU 편집출판위원회의 결정에 따라 출판됨

: 방법. 법령 / Comp. R.Zh. 가브두셰프, M.S. 안티모노프,사마라, 사마르. 상태 기술. 대학, 2008. 16 p.

화력 공학 학부의 전문 분야 140101, 140104, 140105, 140106을 공부하는 풀타임 II-III 학년 학생을 대상으로 합니다.

편집자: R.Zh. 가브두셰프, M.S. 안티모노프

검토자: Dr. Tech. 과학, 교수. A.A. 쿠디노프

작업의 목표:그리고노즐 뒤의 압력과 노즐 앞의 압력의 비율에 대한 수렴 노즐을 통한 대량 공기 흐름의 의존성에 대한 연구.

압력이 감소함에 따라 가스 흐름 속도가 증가하는 채널을 호출합니다. 대통 주둥이;가스 속도가 감소하고 압력이 증가하는 채널을 호출합니다. 디퓨저노즐의 목적은 작동유체의 위치에너지를 운동에너지로 변환하는 것이므로, 그 안에서 일어나는 과정을 해석하기 위해서는 초기 유속은 미미하며 다음과 같이 가정할 수 있다. 여 1 = 0. 그러면 노즐을 통과하는 작동 유체의 단열 흐름에 대한 열역학 제1법칙 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.

어디 여 0 - 노즐 출구 부분의 이론적인 유속; 피 1 - 작동 유체의 초기 압력; 피 2 - 유출이 발생하는 매체의 압력.

엔탈피 차이( 시간 1 – 시간 2) 노즐을 통해 흐를 때 사용 가능한 열 손실이라고도 하며 다음과 같이 표시됩니다. 시간 0 이상적인 흐름 조건에서만 얻을 수 있는 최대 운동에너지에 해당하며 실제로는 공정의 비가역성과 관련된 불가피한 손실로 인해 결코 달성되지 않습니다.

평등을 바탕으로 = 시간 0, 고려중인 경우 노즐을 통과하는 작동 유체의 이론적 유량은 다음 공식에 의해 결정될 수 있습니다.

여기 시간 0으로 표현됨 kJ/kg. 이 비율은 모든 작동 유체에 유효합니다.

압력 변화를 무시할 수 있을 만큼 충분히 큰 부피의 저장소에서 수렴 노즐을 통한 가스의 단열 유출을 고려해 보겠습니다. 피 1 = const) (그림 1).

쌀. 1. 수렴 노즐을 통해 저장소에서 가스 유출
탱크 내 가스에는 매개변수가 있습니다. , ,
, 그리고 노즐 출구에서 , ,
,. 가스가 흐르는 매체의 압력을 나타냅니다. . 유출 과정의 주요 특징은 최종 압력과 초기 압력의 비율, 즉 값입니다.
.

압력 비율에 따라 세 가지 특징적인 가스 흐름 모드를 구별할 수 있습니다.
- 아임계, at
- 중요하고
- 초임계 모드.

의미 , 가스 흐름이 최대에 도달하는 것을 임계라고 합니다.
이며 다음 공식으로 구합니다.

단열 지수와 마찬가지로 양은 가스의 물리적 상수, 즉 물리적 특성의 특징 중 하나입니다.

아임계 흐름 모드에서 가스는 노즐 출구에서 압력이 ~로 감소하면서 노즐 내에서 완전히 팽창합니다.
, 출구 속도는 음속보다 낮습니다 (그림 2, ㅏ), 1"-1-2-2"-1"의 면적에 해당하는 사용 가능한 작업은 가스의 운동 에너지를 증가시키는 데 완전히 소비됩니다. 임계 모드에서는 가스의 완전한 팽창도 노즐, 노즐 출구에서
, 출구 속도는 임계 속도, 즉 소리의 속도와 같습니다 (그림 2, 비), 사용 가능한 작업은 가스의 운동 에너지를 높이는 데 완전히 소비됩니다. 초임계 모드에서는 노즐 내에서 가스의 불완전한 팽창이 발생하며, 압력은 노즐 출구에서 임계값까지만 감소합니다.
, 출구 속도는 임계 속도, 즉 소리의 국부 속도와 같습니다(그림 2, V). 가스의 추가 팽창과 압력 감소는 노즐 외부에서 수행됩니다. 1"-1-2-2"-1의 영역에 해당하는 사용 가능한 작업의 일부만 운동 에너지를 증가시키는 데 소비되고 다른 부분은 2"-2-의 영역에 해당합니다. 2 0 –2 0 "-2, 실현할 수 없는 수렴 노즐에 남아 있습니다.

그림 2. 가스가 유입되는 과정 피V– 소리 속도와 가스 유속 변화의 좌표와 성격

ㅏ- 에 ;

비- 에 ;

V- 에

수렴 노즐 출구에서의 가스 속도는 다음 공식에 의해 결정됩니다. 첫 번째 경우, ,

두 번째와 세 번째 경우에 대해 , a 및 , a

또는 공식 (3)의 값을 대체하면 다음을 얻습니다.

그런 다음 단열 유출 조건에서

결과 공식은 노즐에서 가스가 유출되는 임계 속도가 해당 매개변수를 사용하여 이 가스의 음파 전파 속도와 동일하다는 것을 보여줍니다.
그리고 , 즉 로컬 소리 속도 와 함께노즐 출구 부분에서. 이는 외부 압력이 아래로 감소하면 유출 속도는 변하지 않고 동일하게 유지된다는 사실에 대한 물리적 설명이 포함되어 있습니다. 여 cr. 실제로 만약 > , 저것 여 0W cr 또는 여 0 C이면 압력 감소는 노즐을 따라 흐름 이동의 반대 방향으로 속도 ( 씨 − 여 0) > 0. 이 경우 노즐의 전체 길이를 따라 압력과 속도의 재분배가 발생하며 각 중간 섹션에서 더 높은 가스 유량에 해당하는 새로운 속도가 설정됩니다. 로 감소하면 흐름을 향한 전파 속도가 0으로 감소하기 때문에 추가 감소는 더 이상 노즐을 따라 전파될 수 없습니다. 씨 − 여 kр) = 0. 따라서 노즐의 중간 부분에서 가스 흐름은 변하지 않으며 출구 부분에서도 변하지 않습니다. 즉, 배기 속도는 일정하고 동일하게 유지됩니다. 여 cr. 압력비에 대한 수렴 노즐 출구에서의 가스 속도와 유량의 의존성은 그림 3에 나와 있습니다. 이러한 의존성은 1839년 A. Saint-Venant에 의해 실험적으로 얻어졌습니다.

쌀. 3. 압력비에 따른 가스유량 및 수렴노즐과 라발노즐을 통한 유량의 변화

이론적 등엔트로피 과정과 달리, 실제 가스가 유출되는 실제 과정은 가스 입자들 사이와 채널 벽에 대한 마찰을 통해 발생합니다. 이 경우 마찰력을 극복하는 데 소요되는 작업은 열로 변환되어 결과적으로 채널 출구 부분의 가스 온도와 엔탈피가 증가합니다. 마찰로 인한 가스 유출은 되돌릴 수 없는 과정이 되며 엔트로피의 증가를 동반합니다. 그림에서. 4인치 쉿- 좌표는 마찰이 없는 흐름 중 가스 팽창 과정 1-2와 1-2를 나타냅니다. 디 마찰로 흐를 때. 동일한 압력 강하에서 아르 자형 1 − 아르 자형 2 실제 열 차이 Δ 시간 디 = 시간 1 -시간 2 디 사용 가능한 것보다 적음 Δ 시간 = 시간 1 − 시간 2. 결과적으로 실제 가스 유량은 이론적인 유량보다 적은 것으로 나타났습니다.

쌀. 4. 가스 유출의 등엔트로피 및 실제 과정 쉿– 다이어그램

사용 가능한 열 강하에 대한 사용 가능한 열 강하와 실제 열 강하(열 손실)의 차이를 비율이라고 합니다. 에너지 손실 계수

ζ с = (Δ 시간 − ∆시간 디)/∆시간.

여기에서

∆시간 디 = (1 − ζ 와 함께)·∆ 시간.

속도 손실 계수이론적인 유출 속도에 대한 실제 유출 속도의 비율이라고 합니다.

현대 노즐의 이론 속도에 비해 실제 속도의 감소를 고려한 속도 손실 계수는 0.95 - 0.98입니다.

실제 열강하 비율 Δ 시간 디 이론상 Δ 시간, 또는 실제 운동 에너지
이론적으로
~라고 불리는 능률채널

식 (8)과 (10)을 고려하면

.
설치 다이어그램 및 설명
피스톤 압축기(다이어그램에 표시되지 않음)(그림 5)의 리시버에서 나온 공기는 파이프라인을 통해 측정 다이어프램 1을 통해 수렴 노즐 2로 흐릅니다. 유출이 발생하는 노즐 뒤의 챔버 3에서는 가능합니다. 밸브 5를 사용하여 공기의 흐름 영역을 변경하여 기압보다 다른 압력을 설정합니다. 그런 다음 공기는 대기로 향하게 됩니다. 노즐은 부드럽게 좁아지는 형태로 만들어졌습니다. 노즐 출구 직경 2.15 mm. 노즐의 테이퍼진 부분은 압력을 샘플링하고 기록하기 위한 구멍이 있는 짧은 원통형 부분으로 끝납니다. 아르 자형 2m′ 및 온도 티 2 디 노즐의 출구 부분(장치 12). 측정 다이어프램 1은 중앙에 둥근 구멍이 있는 얇은 디스크이며 차압 게이지 7과 함께 공기 흐름을 측정하는 역할을 합니다.

환경의 온도와 기압은 각각 온도계(8)와 수은컵 기압계(6)로 측정됩니다.

쌀. 5. 설치 다이어그램.

측정 다이어프램 앞의 온도 및 기압은 결합된 기기 9를 사용하여 측정되고 노즐 앞 - 기기 10을 사용하여 측정됩니다. 노즐 뒤의 압력은 결합된 기기 11의 압력계 부분으로 측정됩니다. 모든 기기 판독값이 기록됩니다. 관찰 프로토콜(표 1)에서.

관찰 프로토콜

1 번 테이블

아니요.

측정량

지정

단위

실험 번호

다이어프램 앞의 압력 게이지 판독값

피중

아티

노즐 앞의 압력 게이지 판독

피 1m

아티

노즐 출구의 압력 게이지 판독

피 2m"

아티

노즐 뒤의 압력 게이지 판독

피 2m

아티

차압계 판독값

시간

mm 물 미술.

다이어프램 앞의 온도

티

o C

노즐 전 온도

티 1

o C

노즐 출구 부분의 온도

티 2 디

o C

주변 온도

티 V

o C

기압계 판독값

비

mbar

계산 공식 및 계산.

1. 대기압은 다음 공식을 사용하여 기압계 수은 기둥의 온도 팽창을 고려하여 구합니다.

2. 표준 압력 게이지의 판독값 번역 아르 자형중, 아르 자형 1m, 아르 자형 2m"와 아르 자형절대 압력 값 2m는 다음 공식으로 충족됩니다. 여기서 g는 9.81과 같은 중력 가속도입니다. 밀리미터/초 2 ; 아르 자형 엠제이- 표에 있는 4개의 압력 게이지 중 하나의 판독값. 1.

3. 다이어프램 전체의 공기 압력 강하:

어디 ρ – 물의 밀도 유모양의 진공 게이지, 1000과 동일 kg/m2 3 ; N– 차압 게이지 판독, 번역된 V m 물 미술.

4. 다이어프램 앞의 공기 밀도:

어디 아르 자형– 공기의 특성 가스 상수는 287입니다. J/(kg·K).

5. 다이어프램을 통과하는 실제 공기 흐름(따라서 노즐을 통과함):

6. 노즐 출구 부분의 이론적인 배기 속도:

7. 공기 엔탈피 값 시간 1과 시간노즐 입구와 출구 섹션의 2는 일반 방정식에 의해 결정됩니다.

어디 와 함께 p – 일정한 압력에서 공기의 열용량. 온도와 무관하며 1.006과 같습니다. kJ/(kg케이) ; 티 제이– 고려중인 구역의 온도, ℃; 제이– 고려중인 섹션의 색인.

8. 노즐 출구 부분의 온도에 대한 이론적인 값은 다음 공식에 따라 단열 유출 과정의 조건으로부터 구됩니다.
, ㅏ

어디 β – 압력비 값. 크기 β 유출 모드가 임계 이하일 때 특정 실험에 대한 계산 결과 표 (표 2)에 따라 취해집니다. β > β cr; 다른 모든 실험의 경우 유출 모드가 임계 또는 초임계 값인 경우 β 는 다음과 같다 β cr ( 표 2의 데이터와 상관없이) 단열 지수( 공기 k = 1,4).

9. 실제 유출과정은 엔트로피와 온도의 증가를 동반한다. 티 2 디(그림 4). 실제 유출 속도도 감소하며 다음 방정식을 사용하여 찾을 수 있습니다.

계산 결과는 요약표 2의 형태로 복제되어야 합니다.

계산 결과

표 2

아니요.

측정량

지정

단위

실험 번호

다이어프램 앞의 압력

피

아빠

노즐 전 압력

피 1

아빠

노즐 출구의 압력

피 2 "

아빠

노즐 뒤의 압력

피 2

아빠

압력비

다이어그램의 압력 강하

Δ 피

아빠

다이어프램 앞의 공기 밀도

kg/m2 3

실제 공기 흐름(유효숫자 3자리까지 정확함)

G디

kg/s

노즐 출구 부분의 이론 온도

티 2

에게

노즐 출구 부분의 실제 온도

티 2 디

에게

이론유량

여 2

밀리미터/초

실제유량

여 2 디

밀리미터/초

에너지 손실 계수

ζ 와 함께

속도 손실 요인

φ 와 함께

능률

η 에게

계산 결과를 바탕으로 압력비에 대한 가스 흐름의 의존성을 적절한 규모로 그래프로 구성합니다.
통제 질문

1. 실험실 작업의 목적을 공식화하고 목표 달성 방법을 설명합니까?

2. 실험 설정의 주요 구성 요소 이름을 지정하고 해당 목적을 나타냅니다.

3. 유출 및 제한 프로세스를 정의합니다.

4. 유출 과정에 적용되는 열역학 제1법칙의 방정식을 쓰십시오.

5. 다음에 적용되는 열역학 제1법칙의 방정식을 쓰십시오.

조절 과정에 들어갑니다.

6. 수렴 노즐을 통한 배기 속도는 변화에 따라 어떻게 변합니까? β 1에서 0까지(흐름 그래프에 질적 변화 표시)?

7. 만료 중 임계 체제의 발현을 설명하는 것은 무엇입니까?

8. 이론적인 유출 과정과 실제 유출 과정의 차이점은 무엇입니까?

9. 이론적 및 실제 유출 과정은 어떻게 묘사되어 있습니까? 쉿좌표?

10. 이론적인 기온과 실제 기온이 왜 다른가요?

만료 중 노즐 출구에서?

11. 공기 흐름을 측정할 때 스로틀링 프로세스는 어떤 기준으로 사용됩니까?

12. 스로틀링 과정에서 공기 온도는 어떻게 변할 수 있습니까?

13. 계수 값은 무엇에 따라 달라지나요? 속도 손실 φ s, 에너지 손실 ζ 채널의 유용한 작업 η 에게?

14. 노즐이라고 불리는 채널은 무엇입니까?

15. 가스가 노즐을 통해 흐를 때 가스의 유속과 속도를 결정하는 매개변수는 무엇입니까?

16. 다이어프램 전면과 노즐 전면의 공기 온도가 동일한 이유는 무엇입니까?

17. 격막을 통과할 때 가스 흐름의 엔탈피와 엔트로피는 어떻게 변합니까?

서지

1) 기술 열역학. 교과서 대학 매뉴얼 / Kudinov V. A., Kartashov E. M. -4판, 삭제됨. -M .: 더 높습니다. 학교, 2005, -261 p.

2) 쿠디노프 V. A., 카르타쇼프 E.M. 기술 열역학. 교과서 대학에 대한 수당. M.: 더 높아요. 학교, 2000, -261 p.

3) 열공학: 대학 교과서. Lukanin V.N., Shatrov M.G., Kamfer G.M., eds. V. N. 루카닌. – M.: 더 높습니다. 학교, 2000. – 671 p.

4) 열공학: 대학생 교과서/가. M. Arkharov, S. I. Isaev, I. A. Kozhinov 및 기타; 일반에서 에드. V.I.Krutova. – M .: Mashinostroenie, 1986. – 432 p.

5) 내쉬초킨 V.V. 공학 열역학 및 열 전달. M.: 더 높아요. 학교, 1980, -469 p.

6) 라비노비치 O.M. 기술열역학 문제집. M .: "기계 공학", 1973, 344 p.

7) 기술 열역학: 지침. 사마라 주립 기술 대학교; 비교. A. V. Temnikov, A. B. Devyatkin. 사마라, 1992. -48p.

작품의 제목과 목적.
실험 설정 계획.
실험적으로 측정된 값의 표입니다.
필요한 계산 및 그래프.
작업의 결론.

수렴 노즐을 통한 공기 흐름 과정 연구
편집자: Gabdushev Ruslan Zhamangaraevich

안티모노프 막심 세르게예비치
편집자 V. F. Eliseeva

기술 편집자 G. N. E l i s e eva

하위 항목 2008년 6월 7일에 인쇄될 예정입니다. 60x84 1/16 형식.

팔. 오프셋. 오프셋 인쇄.

가정 어구 P.l. 0.7. 가정 어구 Kr.-ott. 교육 에디션. L.0.69. 판 50. 등록 번호 193.

________________________________________________________________________________

주립 교육 기관

고등 전문 교육

"사마라 주립 기술 대학"

443100. 사마라, 성. Molodogvardeyskaya, 244. 본관

인쇄소에서 인쇄

사마라 주립 기술 대학교

443100. 사마라, 성. Molodogvardeyskaya, 244. 8번 건물

마찰 없는 흐름.수증기는 이상 기체가 아니기 때문에 분석 공식을 사용하지 않고 유출량을 계산하는 것이 좋습니다. 시간, 초-다이어그램.

초기 매개변수가 있는 증기가 압력이 있는 매체로 흐르게 합니다. 아르 자형 2. 채널을 통한 수증기 이동과 노즐 벽으로의 열 전달 중 마찰로 인한 에너지 손실이 무시할 수 있는 경우 유출 과정은 일정한 엔트로피에서 발생하며 다음과 같이 표시됩니다. h,s- 수직선 다이어그램 1-2 .

유출 속도는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

어디 시간 1은 선의 교차점에서 결정됩니다. 피 1과 티 1, 에 시간 2는 점 1에서 등압선과 수직선의 교차점에 위치합니다. 아르 자형 2(점 2).

그림 7.5 - 노즐 내 증기의 평형 및 비평형 팽창 과정

엔탈피 값을 이 공식에 kJ/kg 단위로 대입하면 유출 속도(m/s)는 다음과 같은 형식을 취합니다.

유효한 만료 프로세스. 실제 조건에서는 채널 벽에 대한 흐름의 마찰로 인해 유출 프로세스가 비평형으로 나타납니다. 즉, 가스 흐름 중에 마찰열이 방출되어 작동 유체의 엔트로피가 증가합니다.

그림에서 증기의 단열 팽창의 비평형 과정은 일반적으로 점선으로 표시됩니다. 1-2’. 동일한 압력 차이에서 작동 엔탈피 차이 보다 작은 것으로 나타났습니다. 결과적으로 유출 속도도 감소합니다. 물리적으로 이는 흐름의 운동 에너지의 일부가 마찰로 인해 열로 변환되고 노즐 출구의 속도 압력이 마찰이 없을 때보다 낮다는 것을 의미합니다. 마찰로 인한 노즐장치의 운동에너지 손실은 다음과 같은 차이로 표현된다. . 사용 가능한 열 손실에 대한 노즐 손실의 비율을 노즐 에너지 손실 계수라고 합니다.

h,s 다이어그램을 사용한 유출 과정 계산

마찰 없는 흐름.수증기는 이상 기체가 아니기 때문에 분석 공식을 사용하지 않고 유출량을 계산하는 것이 좋습니다. 시간, 초-다이어그램.

유출 속도는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

어디 시간 1은 선의 교차점에서 결정됩니다. 피 1과 티 1, 에 시간 2는 점 1에서 등압선과 수직선의 교차점에 위치합니다. 아르 자형 2(점 2).

그림 7.5 - 노즐 내 증기의 평형 및 비평형 팽창 과정

엔탈피 값을 이 공식에 kJ/kg 단위로 대입하면 유출 속도(m/s)는 다음과 같은 형식을 취합니다.

유효한 만료 프로세스. 실제 조건에서는 채널 벽에 대한 흐름의 마찰로 인해 유출 과정이 비평형으로 나타납니다. 즉, 가스 흐름 중에 마찰열이 방출되고 이와 관련하여 작동 유체의 엔트로피가 증가합니다.

그림에서 증기의 단열 팽창의 비평형 과정은 일반적으로 점선으로 표시됩니다. 1-2’. 동일한 압력 차이에서 작동 엔탈피 차이 보다 작은 것으로 나타났습니다. 결과적으로 유출 속도도 감소합니다. 물리적으로 이는 흐름의 운동 에너지의 일부가 마찰로 인해 열로 변환되고 노즐 출구의 속도 압력이 마찰이 없을 때보다 낮다는 것을 의미합니다. 마찰로 인한 노즐장치의 운동에너지 손실은 다음과 같은 차이로 표현된다. . 사용 가능한 열 손실에 대한 노즐의 손실 비율을 일반적으로 노즐의 에너지 손실 계수라고 합니다.

단열 비평형 유출의 실제 속도를 계산하는 공식:

계수는 일반적으로 다음과 같이 불립니다. 속도 계수노즐 현대 기술을 통해 잘 윤곽이 잡혀 있고 가공된 노즐을 만드는 것이 가능합니다.

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노즐(노즐)을 통한 가스 유출(그림 2.2.)과 관련된 문제를 해결할 때 유출 속도와 유속을 결정하는 것이 가장 자주 필요합니다. 단위 시간당 가스의 양.

쌀. 2.2. 노즐을 통한 가스 흐름

채널을 통한 가스 및 증기의 이동 패턴을 고려하는 것은 다양한 기계, 장치 및 장치(증기 및 가스 터빈, 이젝터, 제트 및 로켓 엔진, 버너 장치 등)의 작업 프로세스를 연구하는 데 매우 중요합니다.

유출 프로세스는 일반적으로 다음과 같은 가정을 통해 연구되기 시작합니다.

a) 시간이 지나도 가스 이동 조건과 그 매개변수는 변하지 않습니다. 즉 고정적인 문제입니다.

b) 가스 흐름과 외부 환경 사이에 열 교환이 없습니다(단열 문제).

c) 주어진 채널 단면의 모든 지점에서 가스의 속도와 물리적 매개변수는 동일하고 채널 길이에 따라서만 변경됩니다. 이는 1차원 문제입니다.

위의 가정 하에서 가스(증기)의 이동은 정상상태 이동 조건을 만족합니다.

여기서 M은 두 번째 가스 유량(kg/s)입니다. - 채널의 단면적, m2; - 채널의 해당 섹션에 있는 가스의 특정 부피, m 3 /kg; - 해당 단면의 유출 속도, m/s; P 1 , P 2 - 노즐 입구와 출구의 매체 압력, Pa.

유한한 속도로 움직이는 기체의 상태를 변화시키는 과정에서 열은 내부 에너지를 변화시키고 (외부 힘에 대항하여) 외부 일을 수행하는 것뿐만 아니라 기체가 가스를 통과할 때 외부 운동 에너지를 증가시키는 데 소비됩니다. 채널. 속도 W로 이동하는 가스 흐름과 관련하여 열역학 제1법칙의 표현은 다음과 같은 형식(미분 형식)을 갖습니다.

(2.22)

여기서 dq는 흐름에 공급되는 열, du는 작동 유체의 내부 에너지 변화, dl n은 외부 저항력을 극복하기 위한 작업("미는" 작업), d(W 2 /2)은 속도 W로 움직이는 작동유체 1kg의 운동에너지 변화.

단위 질량당 미는 일은 다음과 같습니다.

=d(푸). (2.23)

(2.23)을 고려하면 식 (2.22)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

방정식 (2.24)은 가스 (또는 액체) 흐름 중에 공급되는 열이 내부 에너지 변경, 작업 추진 및 작동 유체의 외부 운동 에너지 변경에 소비되거나 가스 흐름 중에 공급되는 열이 소비되는 것을 보여줍니다. 엔탈피와 외부 운동 에너지를 변경합니다.

노즐을 통한 단열 유출의 경우(그림 2.3), 식(2.24)을 사용하여 출구(섹션 2)에서의 유출 속도를 쉽게 찾을 수 있습니다.

쌀. 2.3. 노즐을 통한 단열 흐름

노즐 입구의 속도 W1은 일반적으로 무시됩니다.

공식(2.25)에서 엔탈피는 J/kg으로 표시됩니다. kJ/kg 또는 kcal/kg으로 표시되는 경우 공식 (2.25)은 그에 따라 (2.26) 또는 (2.27) 형식을 취합니다. 모든 경우의 속도는 m/s 단위로 구합니다.

엔탈피 값은 다음에 의해 결정됩니다. ~이다- 주어진 물질에 대한 도표나 표.

작동 유체의 엔탈피를 알 수 없는 경우 주요 매개변수 P, υ, T를 통해 속도를 결정하는 것이 더 편리합니다. 이상 기체의 단열 유출 속도를 결정하는 공식은 표를 사용하여 쉽게 얻을 수 있습니다. 2.1 W 1 값을 무시합니다.

(2.28)

(2.29)

여기서 k와 R은 각각 작동 유체의 단열 지수와 기체 상수입니다.

가스 질량 유량은 식 (2.21)에 의해 결정되며, W 2를 대입하고 일부 단순화된 변환을 수행하면 다음과 같은 형식을 취합니다.

(2.30)

여기서 f 2 는 노즐의 출구 단면적, m 2 이고, P 1 , υ 1 은 각각 노즐 입구의 압력(Pa)과 비체적(m 3 /kg)입니다. – 노즐의 압력 비율.

가스 흐름이 최대가 되는 압력 비율을 임계라고 하며 다음과 같습니다.

. (2.31)

k에 따른 값은 표 2.1에 요약되어 있다.

임계 속도 값은 공식을 사용하여 찾을 수 있습니다

. (2.32)

표 2.1

가스 유출 중 k 및 β kp 값

βcr에서<β<1 скорость газа и расход растут с уменьшением β. Если уменьшить β в диапазоне от β кр до 0, то расход не изменяется, оставаясьмаксимальным, а скорость также не изменяется, оставаясь равной W КР –критической скорости. Итак, при 0<β ≤ β кр в сужающемся соплеустанавливается критический режим истечения:

M = M ma x, W 2 = W 2cr, P 2 = Pcr = P 1 β cr.

이 경우 M max와 W 2cr은 다음 공식을 사용하여 구할 수 있습니다.

, (2.33)

(2.34)

작동 유체의 기능을 최대한 활용하여 β에서 P 1에서 P 2로 확장<β кр, происходит в комбинированных соплах или соплахЛаваля. Эти каналы имеют сужающуюся и расширяющуюся части. В таких соплах можно получать сверхзвуковые скорости. Если в процессе, изображенном на рис. 2.4, использовать сопло Лаваля, то скорость на выходе из сопла будет:

그림 2.4. 라발 노즐

가스나 증기가 좁아진 채널(다이어프램, 밸브, 밸브 등)을 통과하면 외부 작업을 수행하지 않고도 압력이 감소합니다. 이 되돌릴 수 없는 과정을 조절대부분의 경우 신체 성능 저하를 동반하는 조절은 절대적인 피해를 가져옵니다. 그러나 때때로 이는 필요하며 예를 들어 증기 엔진을 조절할 때, 냉장 장치, 가스 흐름을 측정하는 기기 등에서 인위적으로 생성됩니다. 가스가 알려진 저항을 나타내는 개구부를 통과할 때 가스의 운동 에너지와 그 좁은 구간에서의 속도 증가는 온도와 압력의 저하를 동반합니다(그림 1). 2.5)..

쌀. 2.5. 조절 프로세스

구멍을 통해 흐르는 가스는 운동 에너지의 일부를 소비하여 마찰력에 대항하여 작용하고, 이는 열로 변합니다. 결과적으로 온도가 변하고 감소하거나 증가할 수 있습니다.

구멍에서는 가스 속도가 증가합니다. 구멍 뒤에서 가스가 다시 전체 단면을 가로질러 흐르면 속도가 다시 감소하고 압력이 증가하지만 초기 값에 도달하지 않습니다. 압력 감소로 인해 가스의 비량이 증가하기 때문에 속도에 약간의 변화가 발생합니다.

앞서 언급한 바와 같이 스로틀링은 항상 엔트로피가 증가하고 작동 유체의 효율성이 감소하는 비가역적 과정입니다. 이상기체를 조절해도 온도는 변하지 않습니다.

실제 가스를 조절할 때 온도는 감소하거나 증가하거나 변경되지 않은 상태로 유지될 수 있습니다. 스로틀링의 결과로 실제 가스의 온도가 변하지 않고 유지되면 이를 반전 온도 T inv라고 합니다.

따라서 조절 중 실제 가스의 거동은 이상 가스의 거동과 크게 다릅니다. 실제 기체의 스로틀링 시 온도 변화는 줄(Joule)과 톰슨(Thomson)의 실험에 의해 최초로 발견되었으며 이를 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)라고 부르는데, 분자적인 관점에서 볼 때 줄-톰슨 효과는 분자 자체와 실제 가스 분자 사이의 접착력. 스로틀링 과정에서 분자의 부피와 상호 작용력이 온도 변화에 미치는 영향은 가스의 성질과 실제 가스의 초기 상태에 따라 다릅니다. 수증기의 스로틀링과 관련된 문제는 다음을 사용하여 가장 쉽게 해결됩니다. i-s 다이어그램.