книги из ГПНТБ / Основы теплотехники и гидрогазодинамики учеб. пособие

давление уменьшается), в конце 'которого коэффициент скорости

хз < 1-

Таким образом, детонационная волна представляет собой два последовательных скачка — ади­ абатный, переводящий газ из сверхзвукового движения в до­ звуковое, п тепловой — в дозву­ ковом потоке. Отсюда следует, что процесс горения при детона­ ции, как и при медленном горе­ нии, протекает в дозвуковой ча­ сти газового потока. В конце вто­ рого слоя детонационной волны вследствие подвода тепла при горении скорость газа выше, чем вначале, а давление соответст­ венно ниже.

что значительно повышает температуру в потоке перед облас-

Горение, протекающее за фронтом очень сильной ударной вол­ ны, начинается на столь высоком тепловом уровне, что может выз­ вать лишь относительно небольшой прирост температуры тормо­

180

жения, ii поэтому в пределе ).3прод — а, = —— , т. е. детонационная

волна сближается с обычным адиабатным скачком уплотнения.

ДРОССЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ

Если на пути движения рабочего тела имеется резкое сужение проходного сечения канала (рис. 7.20), то давление р> за местом

Рис. 7.20. Дросселирование газов и паров.

сужения всегда будет меньше давления р\ перед сужением. Это яв­ ление понижения давления в результате прохода рабочего тела через местное резкое сужение без совершения внешней работы и при отсутствии теплообмена носит название дросселирования или мятия.

Дросселирование широко используется в технике. Вентили (клапаны), задвижки, дроссельные заслонки и другие устройства, уменьшающие проходное сечение канала, вызывают явление дрос­ селирования.

При отсутствии теплообмена с внешней средой процесс дроссе­ лирования аднабатичен. Применяя для сечений / и II уравнение (7.17), после интегрирования получим

181

т. е. в случае неизменной скорости потока (шц —мь) при адиабат­ ном дросселировании рабочего тела его энтальпия до суженного сечения п после него есть величина постоянная.

Так как энтальпия идеального газа является однозначной функ­ цией температуры, то на основании формулы (7.114)

Г, = Т2.

Следовательно, при адиабатном дросселировании идеального газа температура его не меняется.

Следует особо подчеркнуть, что состояние рабочего тела в про­ цессе дросселирования непрерывно изменяется. Так, например, при прохождении сжимаемой жидкости через сужение скорость потока

ческим тождеством

Tds — di — vdp ,

из которого следует, что при дросселировании вследствие неизмен­

температура Т. Уравнение (7.115) также подтверждает, что давле­ ние при дросселировании может только уменьшаться.

Удельный объем v при дросселировании газов и паров всегда увеличивается, т. е. A u= (v 2— щ ) > 0 .

Отношение изменения температуры dT к изменению давления dp при дросселировании называется дифференциальным темпера­

182

турным эффектом дросселирования и обозначается через а. Такнм образом,

В случае .идеального газа, подчиняющегося 'уравнению Клядейрона pv = RT, температурный эффект дросселирования равняется нулю, т. е. дросселирование идеальных газов протекает при посто­ янстве температуры.

Для реальных газов температурный эффект дросселирования не равен нулю и может иметь как положительный, гак и отрица­ тельный знак.

Определим изменение температуры при дросселировании реаль­ ного рабочего тела. Для этого .воспользуемся зависимостью Т= = f (р,ср), полученной на основании дифференциальных уравнений термодинамики для реальных газов, подчиняющихся уравнению Ван-дер-Ваальса. Эта зависимость выражается формулой

где а и Ь — постоянные коэффициенты уравнения Ван-дер-Ваальса. Анализ уравнения (7.117) показывает, что в зависимости от значений числителя при дросселировании реального рабочего тела

т. е. температура реального газа при дросселировании может оста­

Эта температура называется температурой инверсии. Она со­ ответствует состоянию реального рабочего тела, при котором тем­ пературный эффект дросселирования меняет свой знак.

Температура инверсии тесно связана с критической температу­ рой 7^, равной по уравнению Ван-дер-Ваальса

183

Сопоставляя (7.119) и (7.120), получаем

(Т-121)

Для большинства реальных газов и паров температура пкзерсни довольно высока (590° С н выше) за исключением водорода н гелюя (табл 7.1).

Второй случай изменения температуры при дросселировании реального газа наблюдается, если

т. е. когда

или

•S

Рис. 7.22. Дросселирование водяного Рис. 7.23. Потеря работоспособности

184

Раздел III. ТЕПЛОВЫЕ МАШИНЫ

Г л а в а 8. КОМПРЕССОРЫ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Компрессорами называются машины, предназначенные для сжатия газообразных тел или паров, именуемых в дальнейшем ра­ бочим телом.

В зависимости от принципа, по которому осуществляется сжа­ тие рабочего тела, компрессоры делятся на две группы. К первой группе относятся компрессоры, в которых засасываемое рабочее тело сжимается в ограниченном объеме и затем выталкивается в область повышенного давления .(резервуaip, газо1П!равод и т. п.). Примерами таких компрессоров являются поршневые и ротаци­ онные.

Вторую группу составляют компрессоры, в которых вначале ра­

К таким компрессорам относятся центробежные и осевые, а также компрессоры эжекционного действия.

Несмотря на различия в конструкции и принципах действия, термодинамические процессы обеих групп компрессоров имеют об­ щую основу и описываются идентичными уравнениями. Общим для них является и затрата внешней работы на получение сжатого га­ за или пара.

В зависимости от необходимой величины давления в конце сжа­ тия сжатие газов и паров в компрессорах может быть одноступен­ чатым и многоступенчатым.

ОДНОСТУПЕНЧАТОЕ СЖАТИЕ

Процесс одноступенчатого сжатия рассмотрим на примере поршневого компрессора. Принципиальная схема и теоретическая индикаторная диаграмма такого компрессора показаны нар.ис. 8.1.

186

Для упрощения процесса исследования примем в первом при­ ближении:

— весь объем цилиндра является рабочим и поршень доходит вплотную до крышки;

Ptу,

Рис. 8.1. Принципиальная схема (а) и теоре­

тическая индикаторная диаграмма (б) порш­ невого компрессора.

—трение отсутствует и затраты работы на преодоление сил трения равны нулю;

—газ из цилиндра выталкивается при постоянном давлении, равном давлению нагнетания, а цилиндр заполняется при посто­ янном давлении, равном давлению окружающей среды.

При указанных допущениях рабочий процесс поршневого комп­ рессора может быть представлен следующим образом (см. рис. 8.1,6). При движении поршня 2 слева направо в цилиндре 1 соз­ дается разрежение, под воздействием которого открывается впуск­ ной 'клапан 3 и.цилиндр заполняется паром шли газом п.р'и,постоян­ ном давлении. На индикаторной диаграмме этот процесс изобра­ жается линией 41. В период процесса наполнения состояние рабо­ чего тела остается неизменным, так как .не изменяются -ни его -дав­ ление, н-н температура, н.и удельный объем, переменным здесь

187

является лишь количество находящегося-в цилиндре .газа -илиядра. Поэтому линия 41 не изображает термодинамического процесса изменения состояния рабочего тела.

После окончания процесса наполнения поршень начинает-г.епе- мещаться в обратном направлении, при этом закрывается впуск­ ной клапан 3 и находящийся в цилиндре газ пли пар сжимается. На индикаторной диаграмме процесс сжатия, характер прогек.’чпя которого определяется характером теплообмена между рас , • ;л телом п цилиндром /, изображается линией 12.

Когда в процессе сжатия давление в цилиндре р> стано-лг'ся равным давлению в нагнетательной магистрали, открываете - на­ гнетательный клапан 4 (точка 2 индикаторной диаграммы) и на­ чинается процесс выталкивания газа пли пара из цилиндра, осущесг.в.тяюшпйся при постоянном давлении р». На индикатсоной диаграмме этому процессу соответствует участок 23. Процесс вы­ талкивания, как и процесс наполнения, протекает без изменения

ния 41. После завершения выталкивания клапан 4 закрывает-: ~ и рабочий процесс в компрессоре повторяется вновь в рассмотрен­ ной выше последовательности.

Внешняя работа, которую необходимо затратить за один -:од поршня на сжатие и выталкивание газа пли пара, на индикаторной

где /к, — теоретическая работа, затраченная на 1 кг рабочего тела;

PPi — работа, затрачиваемая на выталкивание газа или пара

и соответствующая пл. 03250;

Vn

I*pdv — работа, затрачиваемая на сжатие рабочего тела и со-

V,

ответствующая пл. 52165;

P\v i ~ работа, производимая внешней средой при заполнении цилиндра рабочим телом и соответствующая пл. 04160.

но и от характера протекания процесса сжатия.

В зависимости от степени отвода тепла от сжимаемого рабочего тела сжатие в компрессорах может быть адиабатным, изотерми­ ческим и политропным (рис. 8.2,а и б).

188

л адиабатному сжатию, например, может приближаться про­ цесс сжатия в быстроходных компрессорах, работающих без охлаждения, когда в связи с малой продолжительностью рабочего процесса, особенно при достаточно высокой температуре окружаю­ щей среды, теплообмен между рабочим телом и окружающей сре­

обеспечивающим такой теплообмен между рабочим телом и окру­ жающей средой, при котором температура его сохраняется по­ стоянной.

В реальных условиях процесс сжатия в компрессоре сопровож­ дается теплообменом между рабочим телом и окружающей средой, а также необратимым превращением работы трения в теплоту. По­ э т о м у - в действительности в компрессоре сжатие осуществляется не адиабатно и не изотермически, а политропно с переменным по­ казателем политропы в течение всего процесса.

При практических расчетах обычно переменный показатель по­ литропы сжатия заменяется некоторым условным показателем п, который называется средним показателем политропы сжатия и вы­

истинном переменном показателе. Значения среднего показателя политропы сжатия для охлаждаемых компрессоров обычно лежат

о)

Т,v

v

Рис. 8.2. Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора при различных процессах сжатия:

а— в к о о р д и н а т а х T— s\ б —в к о о р д и н а т а х р — v.

189