Изучение процесса адиабатного истечения газа

advertisement
Министерство общего и профессионального образования Российской
Федерации
Ивановский государственный энергетический университет
Кафедра теоретических основ теплотехники
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АДИАБАТНОГО
ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ
СОПЛО ПРИ ИМИТАЦИОННОМ
МОДЕЛИРОВАНИИ
Методические указания к лабораторной работе
по курсу "Техническая термодинамика"
Иваново 2002
Составитель
И.М.ЧУХИН
Редактор
А.А.ВАРЕНЦОВ
Настоящие методические указания предназначены для студентов,
обучающихся по специальностям 100500, 100600, 100700, 100800,
101000, 210200, 330100, 060800, изучающих курс "Технической термодинамики", "Теоретических основ теплотехники" или "Теплотехники".
В методических указаниях дано описание лабораторной установки
имитационной модели по исследованию адиабатного процесса истечения газа через суживающееся сопло. Имитационное моделирование
процесса истечения реализовано на лабораторном стенде, содержащем:
макет рабочего участка, имитационные регулирующие и регистрирующие приборы, ЭВМ с монитором. Изложены основные теоретические
положения процесса истечения газа через сопловые каналы. Приведена
методика проведения эксперимента, обработки его результатов и их
анализ с учетом необратимостей этого процесса.
Методические указания утверждены цикловой методической комиссией ТЭФ
Рецензент
кафедра теоретических основ теплотехники Ивановского государственного энергетического университета
-2-
ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
при выполнении лабораторной работы
1. К выполнению работы допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности в лаборатории технической термодинамики с записью в соответствующем журнале и личной росписью
студента и преподавателя, проводившего инструктаж.
2. Включение и отключение установки осуществляется только инженером или лаборантом с разрешения преподавателя.
3. Приступать к выполнению работы разрешается только после
ознакомления с методикой проведения эксперимента и самим лабораторным стендом, в чем должен убедиться преподаватель.
4. Запрещается:
а) осуществлять подключение и отключение стенда и ЭВМ к электропитанию;
б) осуществлять подключение и отсоединение любых электрических кабелей, проводов заземления и т.п. соединений оборудования;
в) притрагиваться к неизолированным частям любых проводов, к
радиаторам и трубопроводам системы отопления, водоснабжения и
канализации, если таковые обнаружатся;
г) работать при отсутствии света или недостаточном освещении;
д) располагаться лицом к монитору ЭВМ ближе, чем на 50 см.
5. Обо всех замеченных неисправностях на установке немедленно
докладывать преподавателю, и до их полного устранения к выполнению работы не приступать.
-3-
1. Цель работы
Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло при различных давлениях за сопловым каналом.
2. Задание
1. Снять опытные характеристики процесса истечения при различных давлениях газа за сопловым каналом.
2. Провести обработку экспериментальных данных и определить
области докритического и критического истечения.
3. Построить опытную и теоретическую характеристики суживающегося сопла в координатах:
G=f(Pк) - расходная характеристика;
Р1=F(Pк) - изменение давления в минимальном сечении сопла.
4. Построить зависимость коэффициента расхода сопла μ=Gоп/Gтеор
от давления за соплом Pк.
5. Провести анализ процесса истечения через сопловой канал на основании построенных зависимостей G, P1, μ от давления Рк.
6. Определить для одного из режимов истечения коэффициент потерь сопла ζ и скоростной коэффициент сопла φ. Данный пункт выполняется по указанию преподавателя.
-4-
3. Основные теоретические положения
процесса истечения
С процессами истечения, т.е. движения газа, пара или жидкости по
каналам различного профиля, в технике приходится встречаться часто.
Основные положения теории истечения используются при расчетах
различных каналов теплоэнергетических установок: сопловых и рабочих лопаток турбин, регулирующих клапанов, расходомерных сопл и
т.п.
В технической термодинамике рассматривается только установившийся, стационарный режим истечения. В таком режиме все термические параметры и скорость истечения остаются неизменными во времени в любой точке канала. Закономерности истечения в элементарной
струйке потока переносятся на все сечение канала. При этом для каждого поперечного сечения канала принимаются усредненные по сечению значения термических параметров и скорости, т.е. поток рассматривается как одномерный.
К основным уравнениям процесса истечения относятся следующие:
Уравнение сплошности или неразрывности потока для любого сечения канала
Gv=fc,
(1)
где G - массовый расход в данном сечении канала, кг/с,
v - удельный объем газа в этом сечении, м3/кг,
f - площадь поперечного сечения канала, м2,
с - скорость газа в данном сечении, м/с.
Первый закон термодинамики для потока
h1  h2  q 
c 22
2

c12
2
 lт ,
(2)
где h1 и h2 - энтальпия газа в 1 и 2 сечениях канала, кДж/кг,
q - теплота, подведенная к потоку газа на интервале 1 и 2 сечений
канала, кДж/кг,
c2 и c1 - скорость потока во 2 и 1 сечениях канала, м/с,
lт - техническая работа, совершаемая газом в интервале 1 и 2 сечений канала, кДж/кг.
В данной лабораторной работе рассматривается процесс истечения
газа через сопловой канал. В сопловом канале газ не совершает технической работы (lт=0), а сам процесс быстротечен, что обусловливает
-5-
отсутствие теплообмена газа с окружающей средой (q=0). В результате
этого выражение первого закона термодинамики для адиабатного истечения газа через сопло имеет вид
h1  h2 
c 22
2

c12
2
.
(3)
Исходя из выражения (3) получаем уравнение для расчета скорости
в выходном сечении сопла


c  2 h1  h2  c12 .
(4)
В экспериментальной установке начальную скорость истечения газа
принимают равной нулю (с1=0), ввиду ее очень малого значения по
сравнению со скоростью в выходном сечении сопла. Свойства газа при
атмосферном давлении или меньше его подчиняются уравнению
Pv=RT, а адиабата обратимого процесса истечения газа соответствует
уравнению РvК=const с постоянным коэффициентом Пуассона.
В соответствии с вышеизложенным уравнение скорости истечения
газа на выходе из соплового канала (4) может быть представлено выражением

 P
к
с  2
RT 1   к
к  1 o   Po






к 1 
к 
.


(5)
В выражении (5) индексами "o" обозначены параметры газа на входе в сопло, а индексами "к" - за соплом.
Используя уравнения: неразрывности потока (1), процесса адиабатного истечения газа PvК=const, и уравнение для расчета скорости истечения (5), можно получить выражение для расчета расхода воздуха
через сопло

 P
P
к
o  к
G  f1 2

к  1 v o  Po


2
к 1 
к  P  к 
  к 
 ,

P 

o




где f1 - площадь выходного сечения сопла.
-6-
(6)
Определяющей характеристикой процесса истечения газа через
сопло является величина отношения давлений ε=РК/РО. При давлениях
за соплом меньше критического в выходном сечении суживающегося
сопла или в минимальном сечении комбинированного сопла давление
остается постоянным и равным критическому. Определить критическое давление можно по величине критического отношения давлений
εКР=РКР/РО, которое для газов рассчитывается по формуле
Ркр
к
 2  к 1
.
 


кр
Рo
 к  1
(7)
Используя величины εКР и РКР, можно оценить характер процесса
истечения и выбрать профиль соплового канала:
при ε > εКР и РК > РКР истечение докритическое, сопло должно быть
суживающимся;
при ε < εКР и РК < РКР истечение сверхкритическое, сопло должно
быть комбинированным с расширяющейся частью (сопло Лаваля);
при ε < εКР и РК < РКР истечение через суживающееся сопло будет
критическим, в выходном сечении сопла давление будет критическим,
а расширение газа от РКР до РК будет происходить за пределами соплового канала.
В режиме критического истечения через суживающееся сопло при
всех значениях РК < РКР давление и скорость в выходном сечении сопла
будут критическими и неизменными, соответственно, и расход газа
через сопло будет постоянный, соответствующий максимальной пропускной способности данного сопла при заданных РО и ТО:
к
RT ,
к 1 o
(8)
2
к Po к
 f1 2
 ,
к  1 v o кр
(9)
с кр  2
GКР 
f1c КР
v КР
Увеличить пропускную способность данного сопла возможно только увеличением давления на входе в него. В этом случае происходит
увеличение критического давления, что приводит к снижению объема
в выходном сечении сопла, а критическая скорость остается неизменной, поскольку она зависит только от начальной температуры.
-7-
Действительный - необратимый процесс истечения газа через сопло
характеризуется наличием трения, что приводит к смещению адиабаты
процесса в сторону увеличения энтропии. Необратимость процесса
истечения приводит к увеличению удельного объема и энтальпии в
данном сечении сопла по сравнению с обратимым истечением. В свою
очередь, увеличение этих параметров приводит к снижению скорости и
расхода в действительном процессе истечения по сравнению с идеальным истечением.
Снижение скорости в действительном процессе истечения характеризует скоростной коэффициент сопла φ:
φ = c1i/c1.
(10)
Потери располагаемой работы из-за наличия трения в реальном
процессе истечения характеризует коэффициент потерь сопла ξ:
ξ = lотр / lо = (hкi-hк)/(hо-hк).
(11)
Коэффициенты φ и ζ определяются экспериментально. Достаточно
определить один из них, поскольку они взаимосвязаны, т.е. зная один,
можно определить другой по формуле
ξ = 1 - φ2 .
(12)
Для определения действительного расхода газа через сопло используется коэффициент расхода сопла μ:
μ = Gi/Gтеор,
(13)
где Gi и Gтеор - действительный и теоретический расходы газа через
сопло.
Коэффициент μ определяется опытным путем. Он позволяет, используя параметры идеального процесса истечения, определить действительный расход газа через сопло:
fc теор
.
(14)
G  G

i
теор
v
теор
В свою очередь, зная коэффициент расхода μ, можно рассчитать коэффициенты φ и ξ для истечения газа через сопло. Записав выражение
(13) для одного из режимов истечения газа через сопло, получим соотношение
-8-

fc 1i v i
fc 1v1i
c1i v i

c 1v1i
.
(15)
Отношения скоростей и объемов в выражении (15) можно выразить
через отношение абсолютных температур идеального и реального процессов истечения
v1
v1i
c 1i
c
где  
T1i  T1
T T
o

T1
T1i
,.
(16)
   1 
1
, подставив его в выражение скоростного коэффи-
1
циента, получим соотношение

T T
o
1i
o
1
T T
.
(17)
Подставив выражения (16) и (17) в формулу (15), получим уравнение

To  T1i  T 
 1
To  T1  T1i 
 
2
.
(18)
В уравнении (18) одна неизвестная величина T 1i, которая может
быть найдена как один из корней квадратного уравнения, полученного
из выражения (18):
2
T T T 
2


o
1
i
1
 
.
T  T T 
o
1  1i 
(18а)
Преобразовав выражение (а) и введя константу А, получим квадратное уравнение вида
-9-
T  T 

1i  Т2  T  T ,
2  o

o
1i
 T2  1i
1


(18б)
Т  Т 

2
1 ,
А  o

2
 Т

1


(18с)
2
АТ  T  T  0 .
1i
1i
o
(18д)
Корни уравнения (18д) соответствуют выражению
T 
1i
 1  1  4 AT
o .
2A
(18е)
В нашей задаче нужен только положительный корень, т.к. отрицательных абсолютных температур не бывает. Поэтому расчет действительной температуры в конце процесса расширения ведется по выражению
T 
1i
 1  1  4 AT
o .
2A
(19)
Скоростной коэффициент сопла φ определяется по выражению (17),
используя температуру Т1i, рассчитанную через коэффициент расхода
μ по уравнению (19). Коэффициент потерь сопла ξ находится по выражению (12) через скоростной коэффициент φ.
-10-
4. Экспериментальная установка
Исследование процесса истечения воздуха через сопло проводится
на имитационной установке. В состав установки входят: макет рабочего участка, блоки приборов управления установкой и индикации основных параметров процесса истечения, управляющая ЭВМ с монитором. Схема установки изображена на рис.1. Эта схема с фиксацией
изменения основных характеристик процесса истечения отображается
на мониторе ЭВМ.
Рис.1. Схема экспериментальной установки:
1 – расходомерная диафрагма, 2 – суживающееся сопло, 3 – вакуумный насос, 4 –
регулировочный вентиль, 5 – индикаторный прибор перепада давления на расходомерной диафрагме, 6 – индикаторный прибор определения давления в выходном сечении сопла, 7 – индикаторный прибор определения давления за соплом
Газ при атмосферном давлении В и комнатной температуре to поступает через расходомерную диафрагму 1 по газопроводу постоянного сечения к суживающемуся соплу 2. Сопло имеет диаметр выходного
сечения d1=1,55 мм. Движение газа через установку обеспечивает вакуумный насос 3, работающий на откачку газа из установки (в газопроводе вакуум, т.е. давление меньше атмосферного). Регулировочным
вентилем 4, открывая или закрывая его, можно установить различные
давления (разряжения) в газопроводе за соплом. Расход газа через
установку, в том числе и через сопло, определяется по показаниям
индикаторного прибора 5, измеряющего перепад давлений ΔH до и
после расходомерной диафрагмы 1. Зная показания прибора 5, по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы определяется массовый
расход газа через установку. Давление воздуха в самом узком сечении
сопла ΔР2 и за соплом ΔР3 измеряются индикаторными приборами 6 и
7. Температура газа на входе в установку to измеряется лабораторным
ртутным термометром с ценой деления 0,1 оС, а давление В - ртутным
барометром (оба прибора находятся в помещении лаборатории).
-11-
5. Порядок проведения опыта
Сначала готовится журнал наблюдений, и записываются показания
температуры и давления атмосферного воздуха в лаборатории.
Журнал наблюдений
Подпись преподавателя
Дата: "__"_______200__ г.
.
о
В=____ мм.рт.ст.; to = ___ С.
Газ ___________(воздух, СО2, Не)
Опытные данные
№
n/n
1
2
3
4
Расчетные данные
ΔP3
ΔP2
ΔH
PО'
P1
PК
P1теор
Gтеор
Gоп
ати
0,1
0,2
ати
Па
Па
Па
Па
Па
кг/с
кг/с
μ
0,9
Установка и ПЭВМ включаются техническим персоналом лаборатории или преподавателем.
На рабочем столе ПЭВМ открывается папка «Лаба» и в ней запускается файл “TP-005d.exe”. На мониторе появляется схема установки
(рис.1).
В меню “Параметры” выбирается газ: воздух, углекислый газ или
гелий, для которого будет проводиться опыт.
На пульте 2 прибора «ΔP» (рис.2) включается тумблер «Вкл» в положение вверх, в результате чего замыкается контакт S2 и начинает работать
вакуумный насос 3. На шкале прибора 6 отражается давление в выходном
сечении сопла ΔP2 в ати (избыточное давление в атмосферах – кГс/см2).
-12-
ΔP
4
В
к
л
3
ΔH
1
В
к
л
П4
-1
2
Согласующее устройство
В
к
л
ΔP
Рис.2. Схема измерительных приборов лабораторного стенда
На пульте 3 прибора «ΔH» включается тумблер «Вкл» в положение
вверх, в результате чего замыкается контакт S1 и приводится в действие регулирующий вентиль 4. На этом же пульте ручкой ΔH производится регулировка расхода газа через сопло путем открытия или
закрытия вентиля 4. На шкале прибора отражается перепад давлений
на расходомерной диафрагме ΔH в Па.
На пульте 4 включается тумблер ΔP в положение вверх, в результате чего прибор 7 начинает измерять давление газа за соплом ΔP3 в
ати.
Опыт начинается при закрытом вентиле 4, когда движение газа отсутствует и все приборы показывают нули (ΔН=0, ΔP2=0, ΔP3=0). Далее вентилем 4 с помощью ручки ΔН на блоке прибора 3 устанавливается минимальное разряжение за соплом ΔP3=0,1 ати (1-й режим). При
этом начинается течение газа, а на экране монитора и индикаторных
приборах пульта управления 2, 3, 4 появляются численные значения
величин ΔН, ΔP2, ΔP3, которые заносятся в журнал наблюдений. Следующие режимы истечения устанавливаются путем последовательного
-13-
увеличения ΔP3 до достижения им максимального значения, когда
вентиль 4 полностью открыт. Результаты замеров ΔН, ΔP2, ΔP3 в этих
режимах заносятся в журнал наблюдений.
Опыт начинается при закрытом регулировочном вентиле 4. Далее
после включения вакуумного насоса 3 плавно открывают вентиль 4 и
устанавливают первый стационарный режим, который характеризуется
постоянством показаний индикаторных приборов 5 – 7 при их минимальных значениях. Показания приборов заносят в журнал наблюдений. Далее открытием вентиля 4 устанавливается следующий стационарный режим истечения, при котором показания приборов 5 – 7 увеличиваются до большего ближайшего значения, записывают показания
приборов в журнал наблюдений и т.д. Опыт заканчивается при достижении полного открытия регулирующего вентиля 4.
6. Методика обработки результатов эксперимента
Изобразить схематично процесс истечения газа через суживающееся сопло в T,s- диаграмме.
-14-
Рис. 3. Изображение процессов истечения газа через суживающееся сопло в T, s –
диаграмме:
а – докритическое истечение, б – критическое истечение
Примеры изображений этих процессов для докритического и критического режимов истечения истечения в Т, s- диаграмме даны на
рис.3.
Данный рисунок позволит более наглядно представить физическую
природу процессов истечения газов через суживающееся сопло и понять методику их расчета.
6.1. Расчет процесса истечения
6.1.1. Давления
Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло P О'.
Оно меньше атмосферного PО на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2 см.
рис.3)
PО' = PО - ΔH, Па,
где PО =(В/750)105, – атмосферное давление в Па, при барометрическом давлении В в мм рт. ст.,
ΔH - потеря давления в расходомерной диафрагме в Па.
Давления в минимальном сечении сопла P 1 и за соплом Pк рассчитываются по показаниям индикаторных приборов ΔP2 и ΔP3, исходя из
того, что их размерность соответствует кГс/см 2:
P1 = PО – ΔР2·0,981·105, Па,
PК = PО – ΔР3·0,981·105, Па.
Теоретическое давление в минимальном сечении сопла заносится
в журнал наблюдений после анализа экспериментальных данных процесса истечения.
6.1.2. Анализ процесса истечения
Характер процесса истечения газа через сопловый канал определяется степенью изменения давления ε и давлением за сопловым каналом
РК:
-15-

РК
Р'
, она сравнивается с


КР
О
Р
КР
Р'
О
К
 2  К 1
;


 к  1
где к = сР/cv (для воздуха к = 1,4; εКР = 0,528).
PКР = PО’εКР;
при PК > PКР и ε > εКР - истечение докритическое: P1 = PК;
при PК ≤ PКР и ε ≤ εКР - истечение критическое: P1 = PКР.
Таким образом, теоретическое давление в минимальном сечении
сопла будет равно давлению за соплом P 1теор = Pк в режимах докритического истечения, когда Pк>Pкр. Во всех режимах критического истечения Pк≤Pкр, теоретическое давление в минимальном сечении сопла
остается неизменным и равным критическому давлению P 1теор=Pкр=Po'
εКР.
Исходя из вышеизложенного, заполняется графа P 1теор журнала
наблюдений.
6.1.3. Определение расхода при докритическом истечении (Pк >
Pкр)
а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через суживающееся сопло
в этом режиме истечения соответствует обратимому процессу истечения 1-3 (см. рис.3,а) и определяется по формуле (6)

 P
К
 К
G  f1 2
К  1 v  Р '
O  О

'
РО
2
К  Р

 К
  '

Р

 O
К 1 
 К 

,






где PК = P1теор. При заполнении таблицы расчетных данных P1теор берется таким же, как PК вплоть до PК = PКР;
f1 - площадь минимального сечения сопла, м2, при его диаметре
d1=1,55 мм:
f1 
d 2
;
4
vO - удельный объем воздуха, м3/кг, на входе в сопло:
-16-
vO 
RTO
P'
8314 (273 ,15  t O )
;
28 ,96 P '

O
O
Po' – усредненное давление перед соплом:
Р 'О

Р'
О min
 Р'
О max
2
,
берется как средняя арифметическая величина для упрощения расчетов vo. Поскольку Po' изменяется очень незначительно, можно принять Po' и vo постоянными для расчета теоретического расхода воздуха
через сопло.
б) Опытный расход Gоп определяется по тарировочной таблице
расходомерной диафрагмы Gоп=f(ΔН) как функция от перепада давлений на диафрагме.
Тарировочная таблица расходомерной диафрагмы приведена в приложении.
6.1.4. Определение расхода при критическом истечении (Pк ≤
Pкр)
а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через сопло в этом режиме
истечения соответствует процессу 1-3 (см. рис.3,б) и определяется по
формуле
GКР  f1 2
Р 'О
2
К
к ,
К  1 v O кр
(20)
где εКР рассчитывается для соответствующего газа по формуле(7).
б) Определение действительного расхода воздуха через сопло при
критическом истечении ведется по зависимости G = f(ΔН) (см. приложение). Поскольку в этом режиме ΔН=const, то и Gоп.кр = const.
-17-
6.1.5. Определение коэффициента расхода сопла
Коэффициент расхода сопла рассчитывается по формуле (13)
G
  ОП .
G
ТЕОР
Эта величина для газа всегда меньше 1.
7. Анализ результатов эксперимента и расчетов процесса истечения
7.1. Построение функциональных зависимостей
На основании расчетных данных процессов истечения в масштабе
строятся следующие графики: P1 = f(Pк); P1теор = f(Pк); Gоп = f(Pк); Gтеор =
f(Pк); μ = f(Pк). Графики соответствующих величин строятся на единой
оси абсцисс - Pк.
7.2. Анализ процесса истечения
Анализ процесса истечения делается на базе полученных табличных и графических результатов:
1) Указываются области докритического и критического истечения.
2) Объясняется характер зависимостей:
P1 = f(Pк) и P1теор = f(Pк);
Gоп = f(Pк) и Gтеор = f(Pк).
3) Объясняется, как, используя зависимость μ = f(Pк), можно определить действительный расход воздуха через сопло и какие замеры при
этом необходимо сделать, а какие величины необходимо получить
расчетным путем.
4) Для одного из режимов истечения рассчитать коэффициент потерь сопла ξ и скоростной коэффициент φ. Этот пункт выполняется по
указанию преподавателя в соответствии с теоретическими положениями процесса истечения, изложенными в разделе 3.
8. Требования к оформлению отчета
-18-
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 функциональных зависимостей:
P1 = f(Pк) и P1теор = f(Pк);
Gоп = f(Pк) и Gтеор = f(Pк), μ = f(Pк).
8. Анализ результатов расчета процесса истечения.
9. Определение коэффициента потерь сопла и скоростного коэффициента сопла.
-19-
9. Перечень вопросов для отчета по работе
1. Что такое установившийся стационарный процесс истечения?
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 канала должен
соответствовать такому режиму истечения.
9. Дайте характеристику сверхкритического режима истечения через сопловый канал и укажите, какой профиль соплового канала должен соответствовать такому режиму истечения.
10. Напишите расчетное выражение для определения расхода воздуха через сопловый канал при докритическом истечении.
11. Напишите расчетное выражение для определения расхода 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 минимальное сечение.
14. Дайте понятие коэффициента потерь сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действительного процесса истечения в h,s- диаграмме.
15. Дайте понятие скоростного коэффициента сопла и его расчетное
выражение с комментариями параметров действительного процесса
истечения в h,s- диаграмме.
-20-
16. Дайте понятие коэффициента расхода сопла и его расчетное выражение с комментариями параметров действительного 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, Не при одинаковых давлениях
на входе и выходе из сопла и одинаковой начальной температуре будет
наибольшая скорость истечения газа в выходном сечении сопла?
20. Для какого из газов: воздух, СО2, Не 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, Не при одинаковых давлениях
на входе в сопло и одинаковой начальной температуре будет максимальный массовый расход газа через сопло?
-21-
Приложение
Тарировочная характеристика расходомерной диафрагмы
G = f(ΔН)
ΔН
Воздух
СО2 – углекислый газ
Не - гелий
Па
G·104, кг/с
G·104, кг/с
G·104, кг/с
10
0,90963
1,12106
0,338016
20
1,2864
1,58542
0,478027
30
1,5755
1,94173
0,585461
40
1,8193
2,24212
0,676032
50
2,0340
2,50676
0,755826
60
2,2281
2,74602
0,827966
70
2,4066
2,96604
0,894306
80
2,5728
3,17083
0,956053
90
2,7289
3,36318
1,01405
100
2,8765
3,54510
1,06890
110
3,0169
3,71813
1,12107
120
3,1510
3,88346
1,17092
130
3,2280
4,04200
1,21873
140
3,4035
4,19462
1,26474
150
3,5229
4,34184
1,30913
160
3,6385
4,48424
1,35206
170
3,7505
4,62224
1,39368
180
3,8592
4,75625
1,43408
190
3,9650
4,88658
1,47338
200
4,0680
5,01353
1,51165
Библиографический список
1. Коновалов В.И. Техническая термодинамика / Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 1995. - 464 с.
2. Коновалов В.И. Термодинамический анализ процессов в теплоэнергетических установках:
Учеб. пособие / Иван.энерг.ин-т.- Иваново, 1980.-64 с.
3. Иноземцева Е.Н. Михеев Ю.С. Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло при имитационном моделировании. Метод. указания к лаб. работе /Московский авиационный институт – Москва, 1990. – 16 с.
4. Чухин И.М. Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло. Метод.
указания к лаб. работе / Иван. энерг. ун-т. – Иваново, 1996. – 24 с.
-22-
СОДЕРЖАНИЕ
Требования по технике безопасности при выполнении работы…………………………….………………………………………..….3
1. Цель работы…………………..............…………..……………………………...4
2. Задание...…………………………………………………………...4
3. Основные теоретические положения процесса истечения.....…………………………………………………………….….…..5
4. Экспериментальная установка…………………............….11
5. Порядок проведения опыта..........……………………......12
6. Методика обработки результатов эксперимента.......…14
6.1. Расчет процесса истечения.........………………..........15
6.1.1. Давления.....……………………...................................15
6.1.2. Анализ процесса истечения.........................……...15
6.1.3. Определение расхода при докритическом ист ечении
……………………………………..……………………….......16
6.1.4. Определение расхода при критическом истеч ении
…………………………………………………………..……….…17
6.1.5. Определение коэффициента расхода сопла ..…….18
7. Анализ результатов эксперимента и расчетов процесса истечения
………………………………………….…………………18
7.1. Построение функциональных зависимостей ..........18
7.2. Анализ процесса истечения ...….………………….......18
8. Требования к оформлению отчета ...………….............19
9. Перечень вопросов для отчета по работе .........………20
Приложение
Тарировочная характеристика расходомерной диафрагмы
………………………………………….……………......…22
Библиографический список ………………………………......22
-23-
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АДИАБАТНОГО ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА
ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ СОПЛО ПРИ ИМИТАЦИОННОМ
МОДЕЛИРОВАНИИ
Методические указания к лабораторной работе
по курсу "Техническая термодинамика"
Составитель ЧУХИН Иван Михайлович
Редактор
Лицензия ЛР № 020264 от 15 декабря 1996 г.
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16.
Печать плоская. Усл.печ.л. 1,39. Тираж 100 экз. Заказ
Ивановский государственный энергетический университет
153003 Иваново, ул. Рабфаковская, 34
Отпечатано в
-24-
Скачать