книги / Техническая термодинамика.-1
.pdfсостоянии отсутствует (а,- = 0). Рассмотрим теперь состояние газа,
изображ аем ое точкой |
с на |
диаграм м е T - |
v. Из |
треугольника abc |
||
тангенс у гл а |
н аклон а |
касательной |
к изобаре в точке с равен tgP = |
|||
= (dT /dv)p - |
cb/ab . Отсюда |
най дем |
дли н у |
отрезка |
под касательной: |
ob = cb{dT/dv)p = cb{dv/dT )p. Разность отрезков ab = оЬ представляет
собой числитель вы раж ен и я д л я а,- в ф ормуле |
(285), п оскольку cb = |
|
= T, ob = v : ab — ob - |
cb(dv/ дТ)р — ob = T (dv/dT )p — v. Учтя это в вы |
|
раж ении (285), м ож ем |
записать а,- = [T (ô v /d r)p - |
v]/cp = (ab - ob)/cp. |
С равн и вая длины о трезков ab и ob, м ож но установить зн ак ос,-: д л я
точки с ab > |
оЪ, поэтом у ab - ob > 0 'и |
> 0; д л я |
точки |
d разность |
аналогичны х |
отр езко в отрицательная, |
поэтому а , |
< 0. |
Н аконец, в |
точке » ab = оЪ и, к а к было установлено раныце, а,- = 0. Отметим, что коэф ф ициент адиабатного дросселирования а { в точке i м еняет зн ак, поэтом у ее назы ваю т'точкой инверсии. П оскольку при дросселирова
нии д авл ен и е всегда ум еньш ается (dp < О), то из вы раж ения (285) |
||
следует, что зн ак и зм ен ен и я тем пературы dT определяется зн аком |
а,-. |
|
С равнив полож ен и я точек с, d |
к i на диаграм м е, увидим , что |
при |
Тс < Г,- а,- > 0, при T j > Г,- а,- < |
0. Тем пература Г,-, при которой дрос |
|
сель-эф фект м ен яет зн ак, н азы вается тем пературой инверсии. |
|
|
Мы рассм отрели процесс при |
одном заданном давлении . Если это |
давл ен и е изм енить, то картина повторится. В результате на диаграм м е
м ож но вы яви ть геом етрическое место течек |
инверсии - |
инверсион |
||
ную кривую |
(см. рис. 46). Л егко получить дифф еренциальное уравн е |
|||
ние кр и во й |
инверсии, п р и р авн яв нулю а,- |
в |
уравнении |
(285). Пос |
к о л ь к у ср > 0, то из вы раж ения (285) находим |
|
|
|
|
r f = v (ô T /d v )p. |
|
|
(286) |
|
Я вны й в и д кри вой инверсии м ож но найти, |
используя |
уравнение |
||
(286) и ур авн ен и е состояния. |
|
|
|
Т аки м образом , из проведенного анализа процесса дросселирования на осн ове у р авн ен и я (285) и диаграм м ы Г - v следует: при T < Ti (а,- > 0, dT < 0) дросселирование сопровож дается сниж ением тем пера туры ; при T > Ti (otf < 0, dT > 0) процесс сопровож дается повы ш ением тем пературы ; при Г = Г,-, = 0 и тем пература при дросселировании не и зм ен яется .
На puci 46 п оказан а область состояний, в которы х осущ ествляю тся сниж ение и повы ш ение тем пературы азота при дросселировании. Эти
области |
|
разделен ы кри вой инверсии. Изобары пересекаю т кривую |
||
инверсии |
в д в у х |
точках: л е в а я находится |
в области ж идкости, пра |
|
в а я - |
в |
области |
газа. А налогичный ви д |
имеют кривы е инверсии |
д руги х вещ еств. |
|
|
||
Процесс д россели рован и я используется |
в холодильниках и уста |
|||
н о в к ах |
сж иж ения |
газо в, поэтом у следует |
иметь в виду, что охлаж - |
Pm. 46. Дросселирование газов:
о —к определенна) знака дроссель-эффекта; б —инверсионная кривая для азота
Рве. 47. Условное изображение процесса дросселирования пара на диаграмме h —s
ден и е рабочего тела будет происходить то л ьк о в том случае, к о гд а дросселирование осущ ествляется при тем пературе ниж е тем пературы инверсии . Н априм ер, если тем пература инверсии гел и я р авн а 33 К, то дросселирование при более вы соки х тем п ературах будет сопровож д аться п одогревом газа . По этой причине дли тельн ое в р е м я не м огли
получить |
ж и д ки й гели й , и сп ользуя |
дроссель-эф ф ект без п р ед вар и |
||
тельного о х л аж д ен и я газа ниж е тем пературы и н вер си и 1. |
|
|||
Процесс |
дроссели рован и я и спользуется |
такж е д л я |
эксп ери м ен |
|
тального и сслед о ван и я терм оди н ам и чески х |
свойств вещ еств . З н а я |
|||
«,*, м ож но |
определить ср и р я д д руги х калори м етри чески х ф ун кц и й . |
|||
П риближ енны й расчет процесса |
дроссели рован и я во д ян о го п ар а |
|||
удобн о проводить по д и аграм м е h - |
s (рис. 47). П ересечение гори зон |
|||
тали h = const с изобарой р 2 п о зво л яет найти |
параметры |
в к о н ц е про |
||
цесса д россели рован и я t2, s 2, v2, и 2 и т.д . |
|
|
Из ди аграм м ы ви дн о, что тем п ература и д авл ен и е во д ян о го п ара в процессе д россели рован и я ум еньш аю тся, причем влаж ны й насы щ ен ны й пар п осле д р о ссели рован и я (в зависим ости от конечного д а в л е н и я
1 Впервые жидкий гелий получил в 1908 г. в Лейдене Каммерлинг-Оннес, охладив его ниже температуры инверсии жидким кислородом.
р 2, р 3 и ли р 4) м ож ет быть влаж ны м (процесс, а - Ь), сухим , насыщ ен ным (процесс а - с) или перегреты м (процесс а - d).
Д росселирование пара сопровож дается потерей располагаемого теплоперепада. Из диаграм м ы h - s на рис. 47 видно, что при дроссе- у лировании перегретого пара от д авл ен и я р г (точка 1) до р 2 (точка 2)
располагаем ы й теплоперепад м еж ду давл ен и ям и |
р 2 и р 4 l \ |
= |
- |
- h 2» ум еньш ается до величины / 2 = h 2 - h v . |
|
|
|
Н есмотря на то, что дросселирование я в л я ется |
необратимым |
про |
|
цессом и сопровож дается диссипацией энергии, оно ш ироко |
исполь |
зуется в тех н и к е д л я осущ ествления процессов регулирования, изм е
рения расходов, п олучен и я |
н и зки х |
тем ператур в основном из-за |
||
простоты кон струкц и й и надеж ности дроссельны х устройств. |
||||
7.6. ПРОЦЕССЫСЖАТИЯ ВКОМПРЕССОРЕ |
|
|
||
К ом прессорам и называю т |
маш ины, |
предназначенны е д л я сж атия |
||
газов. По принципу д ей стви я и х м ож но разделить на д в е |
категории: |
|||
маш ины |
объем ного сж атия |
и м аш ины , осущ ествляю щ ие |
сж атие в |
|
потоке. |
К ом прессоры того и |
другого |
типа различаю т такж е по кон |
струкции . В разн ы х областях техн и ки часто использую т порш невые и центробеж ны е ком прессоры . П оскольку, с точки зрения термодинами
ки , |
процессы во |
всех |
ком прессорны х м аш инах одинаковы , рассмот |
рим |
подробно |
работу |
порш невого ком прессора, представляю щ его |
собой м аш ину объем ного сж атия.
К онструктивную основу ком прессора (рис. 48) составляет цилиндр с порш нем, которы й м ож ет соверш ать возвратно-поступательное д ви ж ение. Ц илиндр оборудован системой клапанов: впускны м K t , через которы й сж им аем ы й газ всасы вается в рабочее пространство, и вы пускны м üT2, через которы й сж атый газ нагнетается в м агистраль или специальны й сосуд (ресивер), демпфирую щ ий пульсации д авлен и я, создаваем ы е ц и кли ч еской работой ком прессора.
Процессоры, происходящ ие в ком прессоре, м огут быть записаны в
ди аграм м е р - |
V при помощ и специального устройства, назы ваем ого |
||
и ндикатором . Р езультат тако й записи, представленной |
на рис. 48, |
||
называю т индикаторной диаграм м ой . |
|
||
Рассмотрим |
процессы на |
индикаторной диаграм м е. |
П оскольку |
м еж ду порш нем в край н ем |
л ево м полож ении и кры ш кой цилиндра |
сущ ествует зазор, назы ваем ы й вредны м пространством, не весь сж а тый газ в ы тал к и вается в м агистраль. Часть его остается в этом зазоре. При д ви ж ен и и порш ня вп р аво газ, заклю ченны й в объем е вредного
пространства |
У 0, расш иряется (процесс 3 - |
4). При достиж ении им |
д авл ен и я р х |
начинается процесс всасы ван и я |
газа в цилиндр из о к |
руж аю щ ей среды . П оскольку клап ан ы ком прессора обладают гидрав-
Охлаждающая |
|
Рис. 48. Одноступенчатый компрессор: |
вода |
* |
а —схема компрессора; б —индикаторная диаграмма |
лическим |
сопротивлением , |
процесс в са |
|||||||
сы ван и я идет |
не по |
изобаре |
p t |
= |
const, |
||||
а |
при |
более |
н и зком |
д авл ен и и |
(ж ирная |
||||
лц н и я |
4 - |
1). По сущ еству, |
процесс в са |
||||||
сы ван и я 4 - 1 |
п редставляет собой |
необ- |
|||||||
ратйм ое дросселирование газа во |
всасы |
||||||||
ваю щ их |
кл ап ан ах . |
После |
|
достиж ения |
|||||
порш нем край н его лево го п олож ен и я н а |
|||||||||
чинается |
его |
дви ж ен и е |
в |
обратном |
|||||
н аправлении, при этом газ, заклю ченны й |
|||||||||
в |
объем е |
цилиндра, |
будет |
сж и м аться |
|||||
(процесс 1 - 2). При давл ен и и р 2, равн ом |
|||||||||
давлению газа в м агистрали, н ачи н ается |
|||||||||
процесс нагнетания, которы й ан алоги чн о |
|||||||||
процессу всасы вания идет не |
при |
р 2 = const,' а из-за соп роти влен и я |
|||||||
к л ап ан о в при более вы соком д авлен и и (ж ирная ли н и я 2 - |
3). |
|
|
Отметим, что вредн ое пространство ум еньш ает п роизводительн ость
ком прессора, |
п о ско л ьку поступающ ий в цилиндр газ |
зан и м ает не |
||
объем, описы ваем ы й порш нем |
Уш а действительны й объем |
всасы ва |
||
н и я V/, < Vn (см. рис. 48). |
|
|
|
|
Т ак к а к все протекаю щ ие в |
ком прессоре процессы |
явл я ю тся н е |
||
обратим ы ми. |
м етоды класси ческой терм оди нам ики |
д л я |
строгого |
коли чествен н ого ан али за индикаторной диаграм м ы неприм еним ы . В связи с этим все реальны е процессы зам еняю т наиболее п одходящ и м и обратим ы ми и рассм атриваю т теоретический ц и к л 1 (рис. 49). В этом ц и к л е процессы всасы ван и я 0 - 1 и нагн етан и я 2 - 3 считают и зоба рическим и, пренебрегая сопротивлением к л ап ан о в, а процесс сж ати я
1 - 2 |
- политропны м . О бъемом вредн ого пространства |
в п ер во м |
|
приближ ении такж е |
пренебрегаю т. П оследнего м ож но |
не делать, |
|
счи тая |
процесс 3 - 4 |
на индикаторной ди аграм м е политропны м . |
О днако м ы не будем учиты вать наличие вредного пространства, чтобы не услож н ять расчеты .
1 Под циклом здесь понимают периодическое повторение состояний системы, причем каждой раз для новой порции газа его масса в процессах всасывания и нагнетания меня* ется.
Рис. 49. Теоретический цикл одноступенчатого ком прессора
Зам ен а индикаторной диаграм м ы теоретическим ц и клом , естественно, в е дет к ош ибкам . О днако в соответствии со вторы м закон ом терм одинам ики, эти ош ибки носят односторонний характер . Рассм атривая обратимые процессы вм е сто необратим ы х, пренебрегаю т дисси
пативны м и эф ф ектам и (рассеянием энергии). В связи с этим теорети ческий ц и к л с точки зрен и я энергетики я в л я ется более соверш енным,
чем реальны й . Д ействительны е затраты |
энергии на сжатие газа в |
ком прессоре всегда будут больш е, чем |
рассчитанные терм одинам и |
чески на основе теоретического цикла. |
|
О тметим, что аналогичная ситуация им еет место при термодинами
ческом ан али зе работы |
и других |
энергетических маш ин и тепловы х |
|||||||
двигателей . |
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
Работа ком прессора |
равн а |
сум м е |
работ отдельны х процессов |
(см. |
|||||
рис. 49): всасы ван и я l4 _ j > 0, сж атия |
^ < |
0 и нагнетания /^ _ j |
< 0. |
||||||
С ум м ируя площ ади |
под граф икам и |
процессов, эквивалентны е |
их |
||||||
работам, ( 0 - b - 1 - |
4 - 0 ) + (о - |
b - |
1 - 2 - |
а) + (0 - а - 2 - 3 - |
0), |
||||
получим |
площ адь |
4 |
- 1 |
- ' 2 - |
3 - |
4 слева от кривой сж атия, эк ви в а |
|||
лентную |
внеш ней |
работе /'. П оскольку на сжатие газа затрачивается |
|||||||
энергия, работа V отрицательная. К ак это принято в теории ком прес |
|||||||||
сорных м аш ин, будем считать V по абсолютной величине! Г | . |
|
||||||||
Т аким |
образом , |
работа ком прессора равн а внеш ней работе про |
цесса сж ати я и д л я политропного процесса мож ет быть вы числена по ф орм уле (98)
/к " И |
* я / ( л - |
lX P iV jK p jj/p ! )* " - 1) / " - 1]. |
(287) |
|
П оказатель |
политропы в соответствии с |
уравнением (102) м ож ет |
||
быть |
найден |
по |
индикаторной диаграм м е |
к а к отнош ение площ ади |
сл ева от кр и во й процесса к площ ади под ней (п = Г /I). (Напомним, что
эти площ ади |
определяю тся путем |
планим етрирования.) |
В случае |
|||
адиабатического сж атия |
работа ком прессора такж е |
вы числяется по |
||||
ф орм уле |
(287), |
при этом |
показатель |
политропы п |
зам ен яется п ока |
|
зателем |
адиабаты к. Д ля изотерм ического сж атия /к » /' = |
/, поэтому |
д л я |
вы чи слен и я работы ком прессора мож но воспользоваться |
форму |
лой |
(137). |
|
На рис. 50 представлено сравнение различны х процессов |
сж атия |
а |
б |
Рис. 50. Сравнение различных процессов сжатия газа & компрессоре: о - в диаграммер —у; б —в диаграмме T —s
газа в ком прессоре: адиабатического (п = к), политропного (1 < п < к)
и изотерм ического. Из диаграм м ы р - |
v ви дн о, что работа |
ком п рессора |
1К м иним альна при изотерм ическом |
сж атии ( 1 - 2 из |
). О дн ако |
практи чески осущ ествить этот процесс не уд ается, п о ск о л ьк у порш ень в цили н дре долж ен бы л бы перем ещ аться теоретически бескон ечн о м едленно . Чтобы приблизиться к и зотерм ическом у процессу в р еаль
ном |
ком прессоре, |
стенки |
цилиндра делаю т вод оохлаж д аем ы м и |
||
(см. рис. 48). Это п о зво л яет |
осущ ествлять |
политропное сж атие газа |
|||
( 1 - 2 |
пол), причем |
показатель политропы |
обычно им еет |
зн ач ен и я |
|
п = 1,1 * 1,35. Н аконец, самый невы годны й процесс сж атия - |
ади аба |
||||
тический ( 1 - 2 ад). |
|
|
|
|
Т еплота, отводи м ая от газа при сж атии в ком прессоре, м ож ет быть вы чи слен а по ф орм уле политропного процесса (99)
Ч к - С п(^1 " |
^г)* |
|
|
(288) |
'П о ск о л ьк у в процессах с 1 < |
п < |
/ с с п < 0 |
(д л я идеальн ого газа |
|
с п = с Лп - |
fc)/(n - 1)) ф орм ула (288) п озво л яет вы числить абсолю тную |
|||
вел и ч и н у |
1 q K | . Из диаграм м ы |
T - |
s (рис. 50, |
б) видно, что q K тем |
м еньш е, чем ближ е процесс с ад и аб ати ч еск о м у 1.
Работа лю бого ком прессора п од чи н яется уравнению первого за к о н а
терм оди н ам и ки . У чтя, что /к = 11' I и q K = |
| q K| , удобно исп ользовать |
у р авн ен и е (43), зап и сав его в ви д е |
|
/к " (h 2 |
(289) |
Процессы всасывания и нагнетания на диаграмме Г —s не изображают, так как они идут при переменной массе рабочего тела.
Д ля адиабатического сж атия |
|
l ^ h z - h ^ |
(290) |
Обычно последние д в а уравн ен и я использую т при расчете ком прес соров д л я сж атия паров.
К ак уж е отм ечалось, наличие вредного пространства снижает производительность ком прессора. Особенно сущ ественным это сни ж ение м ож ет быть при вы соки х степенях сж атия х = р 2/ р 1. Из инди
каторной |
диаграм м ы |
на рис. 43 видно, что при переходе к более- |
|||||
вы соком у давлению |
нагнетания р 2. (часть диаграм мы , изображ енная |
||||||
пунктиром ) |
процесс |
расш ирения |
(3' |
- 4 ') газа, заклю ченного |
во |
||
вредном |
пространстве, смещ ается |
в |
область больш их |
объем ов, |
в |
||
результате |
чего ум еньш ается действительны й объем |
всасы вания |
|||||
V'n(V'n < |
Vn). В п ределе Vn вообщ е м ож ет стать равны м нулю . По этой |
причине одноступенчаты е компрессоры неэфф ективны д л я получения вы соки х д авлен и й . Кроме того, к а к следует из диаграм мы T - s на рис. 50, б, с у вели чен и ем конечного д авл ен и я растет тем пература газа. У величение ж е тем пературы вы ш е 200 °С ухудш ает у слови я см азки цилиндра ком прессора и мож ет привести к воспламенению паров м асла. В св я зи с этим д л я получен и я сж атого газа вы сокого д авлен и я (~ 1,0 МПа и вы ш е) применяю т м ногоступенчаты е компрессоры с пром еж уточны м охлаж дением газа после каж дой ступени (рис. 51).
М ногоступенчатое сж атие энергетически более вы годно, чем одно ступенчатое, п о ск о л ьк у приближ ает работу ком прессора к изотерми ческом у реж им у (см. пунктир на рис. 50).
Рассмотрим ц и к л двухступенчатого компрессора, схема которого изображ ена н а рис. 51. Т очки на схем е соответствую т последователь ности состояний в отдельны х рабочих процессах компрессора, пред
ставлен н ы х на ди аграм м ах р - |
v и T - |
s (рис. 52). |
|
|
|||||||
О хлаж дение |
газа осущ ествляется |
в |
про |
|
|
||||||
м еж уточном |
х о лод и льн и ке |
и |
непосредст |
1 |
Ж ступень |
||||||
вен н о |
при сж атии в ц илиндрах |
за |
счет от |
||||||||
! и |
— |
||||||||||
во д а |
теплоты к |
вод е, |
имею щ ей |
тем перату |
|||||||
|
|
||||||||||
р у окруж аю щ ей среды . |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Т еплота, |
о твод и м ая |
от |
газа |
в |
к о м |
|
|
||||
прессоре, |
по |
абсолю тной |
вели чи н е |
|
|
Холодильник
Рис. 51. Схема двухступенчатого компрессора |
| e I ступень |
P |
|
T |
|
|
P‘, |
|
|
|
|
P th 't |
|
|
|
|
|
a |
v |
s |
|
|
S |
|
|
|
Рис. 52. Изображение процессов сжатия газа в двухступенчатом компрессоре: |
||||
а —в диаграммер —v; б —в диаграмме Г —s |
|
|
||
равн а qK - q$p + Q® + qx . К аж дое из слагаем ы х в |
этой сум м е |
м ож ет |
||
быть найдено по уравнению |
(288), причем д л я пром еж уточного |
х о л о |
||
д и л ьн и ка сп = ср . Т аким образом, |
|
|
||
|
|
|
|
(291) |
П редполагая, что в |
теоретическом ц и кл е Тх = |
Г 3, Т2 = Т4 (точки |
||
1, 3 к 2, 4 леж ат на |
изотерм ах и обозначены пунктиром ), теп лоту |
|||
ком прессора qK с учетом вы раж ений (291) м ож но |
представить в в и д е |
|||
q к= 2q к }+ q х= (2с п+ с р)(Т 2 - |
T t). У читы вая, что с п < 0 в эту ф орм улу |
нуж но подставлять абсолю тное значение теплоем кости с п= I с п |. Равенство тем ператур Т’2 = Т 4 и Т 1 = Г 3 означает, что сж атие га за в
обеих ступ ен ях долж но осущ ествляться по политропам с о д и н ак о вы м
п оказателем л, а в |
пром еж уточны х хо л о д и льн и ках |
рабочее тело |
|
м ож ет охлаж даться водой до тем пературы окруж аю щ ей среды . Этот |
|||
предельно возм ож ны й |
с точки зр ен и я классической |
тер м о ди н ам и ки |
|
реж им в реальны х ком прессорах неосущ ествим . К ак |
и |
в сл у ч ае од |
ноступенчатого ком прессора, терм оди нам ический ан али з д ву х сту п ен чатого сж атия я в л я е т с я приближ енны м .
В соответствии |
с диаграм м ой р - |
v (см. рис. 52, |
а) работа д в у х с ту |
||||
пенчатого ком прессора равн а сум м е работ отдельны х ступеней |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
(292) |
Работа каж дой |
ступени |
м ож ет быть вы числена |
по ф орм уле |
(287), |
|||
п ричем д л я п ервой ступени степень |
сж атия х 1 |
= р 2/ р 1 = p x/ p lf |
д л я |
||||
второй x 2 = p j p g |
в р 4/ р 2 = p j p x . У чтя, что при |
T t = Т 3 p 3v3 = р |
у |
и з |
|||
ф орм ул (292) и (287) най дем |
|
|
|
' |
|
|
|
|
п - 1 |
л - 1 |
|
|
|
|
|
|
Л |
п |
|
|
|
|
|
|
|
- 2 . |
|
|
|
(293) |
П роизведение степеней сж атия ступеней х хх 2 представляет соСюй полную степень сж атия ком прессора X = х хх 2. ~ p 4lp lt которая я в л я ется одной из его основны х характеристик. ~
В озникает вопрос о вы боре промеж уточного давл ен и я р х или Х \(х 2) при заданной вели чи н е степени сж атия ком прессора X = р 41р1. При изм енении д авл ен и я рх будет и зм еняться площ адь 2 - 4 ’- 4 - 3 - 2
заш трихованной |
на |
ди аграм м е р |
- |
v криволинейной |
трапеции (см. |
|||||
рис. |
5 2 ,'о). Эта площ адь экви вален тн а разности работ |
одноступенча |
||||||||
того |
и двухступенчатого |
ком прессоров и характеризует экономию |
||||||||
энергии |
при |
сж атий газа |
и двухступенчатом ком прессоре. Нужно |
|||||||
вы брать |
пром еж уточное давлен и е |
рх |
так, чтобы эта экон ом и я была |
|||||||
м аксим альной . П оскольку |
работа |
двухступенчатого |
ком прессора в |
|||||||
этом |
случае |
будет |
м иним альной, |
наймем м иним ум ф ункции |
/K(* i). |
|||||
Вы раж ая в ф орм уле (293) х 2 к а к |
х 2 = Х /х г и дифф еренцируя |
/ к ^ ) |
||||||||
по х 1} из у сл о ви я d lx /d x ! = 0 найдем |
|
|
|
|||||||
= х 2 = у/ X |
= у/ р 4/ р х . |
|
|
|
|
(294) |
||||
П оскольку |
x t |
- |
P x /p i, |
пром еж уточное д авлен и е равно среднем у |
||||||
геом етрическом у |
м еж ду начальны м |
рнач = P i и конечны м ркон = р 4 |
||||||||
д авл ен и ям и рх - /рначРкон • |
|
|
|
|
||||||
Если |
ком прессор |
им еет |
к ступеней, то при тех ж е |
самы х предпо |
||||||
лож ениях, которы е |
были сделаны |
при Анализе ц и кла |
двухступенча |
|||||||
того ком прессора, м ож но получить следую щ ие вы раж ения: |
|
|||||||||
Хх —Х2 = . . . = V |
X |
= V ркон / Рнач, |
|
|
|
|
||||
& = * /к \< 1 к = ( И - l)q i!) + и 4 1}. |
|
|
|
|
||||||
Д ля сж атия газа |
в |
потоке использую т центробеж ные компрессорны е |
||||||||
маш ины |
(рис. 53). П редполож им, |
что ком прессор сжимает воздух . |
||||||||
Вначале он из окруж аю щ ей среды |
поступает во входной патрубок 1, |
|||||||||
а затем |
на лоп атки вращ аю щ егося рабочего колеса 2. З а счет центро |
беж ны х сил массы во зд у х а отбрасываю тся к периферии колеса и затем попадаю т в диф ф узор 3 и вы ходной патрубок 4. В дифф узоре происхо
дит торм ож ение потока, что сопровож дается |
повы ш ением |
д авл ен и я |
|
во зд у х а . |
|
|
|
П рименим к центробеж ном у ком прессору |
первы й закон |
терм оди |
|
н ам и ки д л я потока в форме Эйлера (233). Т ехническая работа в |
дан |
||
ном случае отрицательна и равн а работе ком прессора /т = /к, q K - |
- qK. |
Учтя это и п рен ебрегая изм енением потенциальной энергии в поле сил тяж ести (g(z2 - z ,) = 0), из вы раж ения (233) получим
*к = ^ 2 “ |
+ <7к + (н' ? “ w §)/2. |
(295) |
В больш инстве сл учаев м ож но считать, что |
= w2>поэтому форму- |
Fkc. 53. Схема центробежного компрессора
л а |
(295) |
сводится |
к |
вы раж ению |
(289). |
||
Т аки м |
образом , теори я |
порш невого |
к о м |
||||
прессора |
прим еним а и |
к центробеж ном у . |
|||||
Ц ентробеж ные |
ком прессоры |
п р и м е |
|||||
няю т |
там , где |
необходим ы |
больш ие |
||||
расходы |
газа. Н априм ер, с их |
помощ ью |
|||||
подаю т дутье в дом енны е печи. |
|
|
|||||
Н есм отря н а то что центробеж ны е маш ины |
не позволяю т получать |
||||||
вы соки е д авл ен и я газа, в них |
д л я |
эконом ии |
энергии та к |
ж е, |
к а к в |
порш невы х ком прессорах, прим еняю т м ногоступенчатое сж атие.
Г л а в а 8 . МЕТОДЫ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ
М акроскопическая теория необратим ы х процессов бы ла создан а на
протяж ении последних |
десятилетий . |
И нтенсивное разви ти е тер м о |
|||
д и н ам и ки необратимы х |
процессов в |
последнее |
в р е м я об у сло вл ен о |
||
новы м и техническим и |
задачам и, |
связан н ы м и |
с |
разви ти ем яд ер н о й |
|
энергии, реакти вн ой м ехан и ки , |
хим ической |
технологии, м ета л л у р |
|||
гии и т.д. |
|
|
|
|
|
Основополагающие исследования по неравновесной термодинамике были выполнены норвежским фиэико-химиком Л.Онзагером в 1931 г.
Доказательство Л.Онзагером соотношений взаимности для кинетических коэффициен тов, характеризующих скорости протекания необратимых процессов, сыграло важную роль в развити теорий явлений переноса энергии и вещества.
После Л.Онэагера наиболее существенный вклад в термодинамику необратимых процессов внесли ученые стран Бенилюкса —Де-Донде, И.Пригожин, С.Де-Гроот, К.Денбиг, П.Мазур и др.
Фундаментальные работы этих ученых во многом способствовали тому, что в нес тояще время термодинамика* необратимых процессов представляет собой стройную тео рию, имеющую обширные приложения во многих областях науки и техники.
В тер м о ди н ам и ке необратим ы х процессов и зуч ается п о вед ен и е
н еравн овесн ы х систем .
М етоды класси ческой терм оди н ам и ки п о зво л и л и сф орм ули ровать критерии, определяю щ ие возм ож ности в о зн и к н о вен и я и н ап р авл ен и е