Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло. Ляшков В.И - 4 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа
Т е м а: "ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСТЕЧЕНИЯ
ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ СОПЛО"
Цель работы: экспериментальное изучение процесса адиабатного истечения воздуха через сужи-
вающееся сопло. Опытным путем определить зависимость скорости и расхода газа через суживающееся
сопло и коэффициента истечения через него от величины перепада давлений на входе и выходе из со-
пла, характеризуемой отношением давлений р
2
/ р
1
.
Общие теоретические сведения
Процессы течения газов по каналам осуществляются во многих машинах и аппаратах, поэтому изу-
чение этих процессов и связанных с ними преобразований энергии в движущемся потоке газа имеет
важное практическое значение. Основной задачей термодинамического анализа применительно к газо-
вому потоку является определение скорости истечения, секундного расхода газа, а также установление
условий, существенно влияющих на процесс истечения и его эффективность.
При проведении исследований считаем, что течение газового потока установившееся и изоэнтроп-
ное.
При адиабатном установившемся течении газа увеличение кинетической энергии происходит за
счет уменьшения его энтальпии, а следовательно, и внутренней энергии. Увеличение скорости газа про-
исходит при уменьшении его давления и температуры, а следовательно, и при уменьшении местной
скорости звука. Теоретически расход газа М
т
через сопло определится по выражению [1]
−
ρ
−
=
+
k
k
k
p
p
p
p
p
k
k
fM
1
1
2
2
1
2
11т
1
2
, (1)
где f – площадь выходного сечения сопла, м
2
; k – показатель адиабаты для вытекающего газа; ρ
1
– плот-
ность газа на входе в сопло, кг/м
3
, ρ
1
= 1/v
1
;
v
1
– удельный объем газа на входе в сопло, м
3
/кг; р
1
и р
2
– абсолютные давления перед соплом и после
него, Па.
Выражение, находящееся под знаком корня, представляет собой удельный ток газа через сопло М
т1
– так называют массовый расход газа через единицу выходной площади, кг/(м
2
⋅ с). В соответствии с
законом сохранения массы, при установившемся течении величина массового расхода в любом i-м се-
чении сопла одна и та же: М
i
= М
т
= М
т1
f
i
= const.
Теоретическая скорость истечения из сопла для случая адиабатного истечения идеального газа при
w
1
= 0, как известно, определяется формулой [1]
−
−
=
−
k
k
p
p
vp
k
k
w
1
1
2
11т
1
1
2
. (2)
Для водяного пара ее определяют через располагаемый теплоперепад
()
21т
2 hhw −= , где h
1
и h
2
– эн-
тальпии пара на входе в сопло и выходе из него. Конечно же эта формула применима и для расчета ско-
рости истечения газа, следует лишь рассчитать предварительно значения h
1
и h
2
.
Если по формулам (1) и (2) рассчитать зависимость М
т1
и w
т
от перепада давлений р
1
– р
2
, величину
которого удобно характеризовать отношением давлений р
2
/р
1
, то получим известные графики, приве-
денные на рисунках 1 и 2. Еще раз подчеркнем, что это чисто теоретические зависимости, поскольку по
мере увеличения перепада давлений (уменьшения отношения р
2
/р
1
) скорость газа w увеличивается, дос-
тигает скорости звука а, и течение становится критическим. При этом дальнейшее повышение перепада
давлений уже не приводит к дальнейшему увеличению скорости газа на выходе из сопла.

Страницы