Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

Из изложенного выше следует, что критическое давление рк и критическая скорость сок зависят только от параметров началь­ ного состояния рабочего тела перед соплом и не зависят от дав­ ления среды, в которую происходит процесс истечения. Влияние

возможно использовать для получения кинетической энергии рабо­ чего тела весь имеющийся перепад давления от pi до рг и достичь сверхкритической (сверхзвуковой) скорости истечения.

Сопло Лаваля

Для того чтобы представить, какую форму должно иметь соп­ ло Лаваля при адиабатном процессе расширения, покажем гра­

фически (рис. 61) изменение величин, входящих в формулу рас-

рф

хода G = — , в зависимости от давления, т. е. (о = /(р), у = <Ф(Р)»

V

юу = Ф (Р) и F = V(P)-

Как видно из графиков, сопло должно сначала сужаться, а затем расширяться, причем б месте сужения давление и ско­ рость соответствуют критическим значениям. Поэтому в случае малых разностей давлений р\—р2, не превосходящих р\—рк, соп­

>(Р\ — Рк), еще и расширяющуюся форму. Угол конусности ко­ нически расширяющейся части а не должен превосходить 12° во избежание отрыва струи (потока) рабочего тела от стенок сопла, что может вызвать образование вихрей потери энергии и нару­ шить процесс адиабатного расширения.

На рис. 62 показана форма сопла Лаваля и график его ра­ боты. Здесь 117ц -— площадь, соответствующая работе расширения от р\ до рк в сужающейся части сопла, a Wv — добавочная рабо­ та расширения, расходуемая на увеличение кинетической энергии потока, в конически расширяющейся части.

86

Скорость истечения сог определяется по формулам (105) и (106) с применением диаграммы i—s при полном полезном пере­ паде давления р\—р% и адиабатном процессе расширения. Ско­ рость ®2 в этом случае значительно (в 2—3 раза) превосходит критическую и является сверхзвуковой.

Дросселирование, или мятие газа и пара

При движении потока газа или пара через сужение в трубо­

h — к = А

2g

87

т . е.

нию с величиной г значительно меньшее численное значение. Тогда можно принять

дросселирования изменяется и в самом сужении уменьшается, в итоге (вследствие восприятия тепла работы трения в сужении са­ мим же потоком) за сужением i2 = i'i. Поэтому, хотя к = к, про­ цесс дросселирования не является изоэнтальпийным процессом и. не характеризуется уравнением i = const. Дросселирование яв­ ляется необратимым процессом без производства рабочим телом

ской температурой ТК газа соотношением

Tma = 6.757V

При этом, как показывает дальнейший анализ, возможны три случая. Обозначим температуру газа перед дросселированием Ти. а после него — Т2.

Тогда,

если 7\ < Тшв, то Т ,< До­

вели 7\ > Динв, то Т%> 7\;

если Тг = Динв, то Т2 = Т Ъ

т. е. в этом случае реальный газ, подобно идеальному в процессе мятия, не изменяет температуру. Поэтому ясно, почему, напри­ мер, такой газ, как гелий, долгое время не был обращен в жид-? кое состояние. Для гелия Гк = 5К, т. е. Тпнв = 6,75 •5 ~ 3 4 К или

*инв= —239° С.

Для обращения гелия в жидкость при дросселировании егонеобходимо охладить до температуры не выше —239° С, так как иначе при дросселировании он будет не охлаждаться, а нагре­ ваться. В 1911 г. физику Коммерлинг Онессу удалось обратить гелий в жидкое состояние.

88-

То же характерно и для водорода, критическая температура которого Гк= 32 К. Для водяного пара Г1< Т 1ШВ, и в процессе дросселирования пара температура его будет снижаться. Для ис­

§ 14. ТЕРМОДИНАМИКА ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА И ГАЗА

Основные величины, определяющие состояние влажного газа и воздуха

щийся во влажном газе при парциальном давлении рв.п, то можно считать, что абсолютная влажность газа соответствует удельному весу водяного пара при давлении рв.п и температуре газа t. Для ненасыщенного газа абсолютная влажность соответствует удель­ ному весу ув.п перегретого пара и определяется по таблицам перегретого пара при рв.п и t. Для газа, находящегося в насыщен­ ном состоянии, вес 1 м3 пара будет удельным весом у" сухого насыщенного пара и соответствует максимальной абсолютной влажности газа при максимальном значении давления пара в газе, т. е. когда

89

сти к максимальной абсолютной влажности в состоянии насы­ щения при той же температуре, называемое относительной влаж ­ ностью,

Приближенно, но с достаточной точностью для технических расчетов, относительную влажность можно определить, приняв, что водяной пар во влажном газе следует состоянию идеального газа (что можно допустить для области низких давлений пара). Тогда, применяя характеристическое уравнение, получим:

для сухого насыщенного пара

Pn = Y'RT-

для перегретого пара

практического пользования. Ошибка в определении ф по отноше­ нию к точному значению не превышает 2%.

Относительную влажность воздуха или газа обычно опреде­ ляют гигрометрами или психрометрами.

Гигрометром находят температуру точки росы*, по которой, пользуясь таблицами для сухого насыщенного пара, определяют парциальное давление р в. п пара в газе. По тем же таблицам па температуре газа определяют давление ря.

Определение относительной влажности воздуха гигрометром недостаточно точно, так как момент появления росы на шарике прибора точно заметить трудно.

Более распространенным способом определения ф является способ с применением психрометра. В этом приборе по разности показаний температур сухого и мокрого термометров определяют относительную влажность ф.

Сухой термометр показывает температуру /с окружаюгцегоего испытуемого влажного воздуха или газа. Влажный термометримеет на шарике с ртутью тонкий чехол из кисеи, который смо­

пара при парциальном давдрнии р„.п водяного пара в газе (воздухе).

90