Часть 1
Термодинамика открытых систем
Термодинамика открытых систем
Формулировка 1-го закона термодинамики для открытых систем
Применение первого закона термодинамики
Применение первого закона термодинамики
Применение первого закона термодинамики
Применение первого закона термодинамики
Истечение из суживающегося сопла
Истечение из суживающегося сопла
Истечение из суживающегося сопла
Истечение из суживающегося сопла
Истечение из суживающегося сопла
Дросселирование газов и паров
Дросселирование газов и паров
Располагаемая работа
Располагаемая работа
299.00K
Категория: ФизикаФизика

Термодинамика открытых систем. Уравнение первого закона термодинамики для потока. (Занятие 6)

1. Часть 1

Техническая
термодинамика
Занятие 6
Термодинамика открытых систем. Уравнение первого
закона термодинамики для потока. Истечение из
суживающегося сопла. Дросселирование газов и паров.

2. Термодинамика открытых систем

Обмен массой с окружающей средой!!!
q = u + l
qвнеш
p1v1T1
p2v2T2
lтех
Условие
неразрывнос
ти потока
Fc
m
const
v

3. Термодинамика открытых систем

q = u + l
Совершаемая работа:
l l вт l выт l тех l к l тр
lвт p1v1
lвыт p2 v 2
с с

2
2
2
u u2 u1
q qвнешн qтр
2
1

4.

qвнешн qтр u2 u1 p2v 2 p1v1 l тех l тр
qтр l тр
i u pv
qвнешн i2 i1 l тех
с22 с12
2
dqвнешн di dl тех
dс 2
2
с с
2
2
2
2
1

5. Формулировка 1-го закона термодинамики для открытых систем

qвнешн i2 i1 l тех
q = u + l
с с
2
2
2
2
1
теплота, подведенная к потоку рабочего
тела извне, расходуется на увеличение
энтальпии рабочего тела, производство
технической работы и увеличение
кинетической энергии потока.

6.

qвнешн i2 i1 l тех
с с
2
2
2
2
1
В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМЕ:
dqвнешн di dl тех

2
2

7. Применение первого закона термодинамики

dqвнешн di dl тех
dс 2
2
Теплообменный аппарат - устройство, в котором
теплота от жидкой или газообразной среды
передается другой среде без изменения
агрегатного состояния
lтех 0
с
2
2
с qвнеш
2
1
qвнеш i2 i1

8. Применение первого закона термодинамики

dqвнешн di dl тех
dс 2
2
Тепловой двигатель – машина,
преобразующая теплоту в механическую
энергию
qвнеш 0
с
2
2
с lтех
2
1
lтех i2 i1

9. Применение первого закона термодинамики

dqвнешн di dl тех
dс 2
2
Компрессор – машина, предназначенная
для сжатия газа и перемещения его из
области низкого в область высокого
давления
qвнеш 0
с с
2
2
lтех i1 i2
2
1

10. Применение первого закона термодинамики

Сопла и диффузоры
dqвнешн di dl тех
dс 2
Сопла – специально спрофилированные
каналы для разгона рабочей среды и придания
потоку определенного направления.
Диффузор – канал, предназначенный для
торможения потока и повышения давления.

2
lтех 0 dqвнешн di 2
dqвнешн di vdp
2
dc
vdp
2
2

11.

При адиабатном процессе истечения:
qвнеш 0
dqвнешн di dl тех
dс 2
2
c c
i1 i2
2
2
2
2
1
Ускорение потока происходит за счет уменьшения энтальпии

12. Истечение из суживающегося сопла

Скорость истечения из сопла (м/с):
k 1
p2 k
2k
с2
p1v1 1
k 1
p1
Массовый расход газа через сопло (кг/с):
2
k 1
2k p1 p 2 k p 2 k
m F
k 1 v1 p1
p1
.
Строим кривую:

13. Истечение из суживающегося сопла

.

14. Истечение из суживающегося сопла

ГИПОТЕЗА А. СЕН-ВЕНАНА (1839):
в суживающемся сопле невозможно получить
давление газа ниже некоторого критического
значения кр, соответствующего максимальному
расходу газа через сопло.
.
Как бы мы ни понижали давление среды, куда
происходит истечение газа, давление на выходе
из сопла остается постоянным и равным ркр.

15. Истечение из суживающегося сопла

Критическая скорость:
k
скр 2
p1v1
k 1
Максимальный расход:
.
M max
k k
f 2
k 1 k 1
2
k 1
p1
v1

16. Истечение из суживающегося сопла

Для получения сверхкритических скоростей
используется сопло ЛАВАЛЯ
.

17. Дросселирование газов и паров

Дросселирование – процесс уменьшения давления
без совершения внешней работы и без теплообмена
при прохождении потока через сопротивления или
препятствия (клапаны, вентили и т. п.).
Эффект Джоуля-Томпсона – изменение температуры
при дросселировании потока
RT RTb 2a
p
2 2
v
v
v
RTb
v
2
2a
RTb
2
v2
v
Tинв 6,75Т кр
2a
RTb
v2
2
v
2a
v
2

18. Дросселирование газов и паров

H2
Т кр
32
He
Т кр
5
H2
Т инв
216
He
Т инв
34
K
K
(-57 С),
(-239 С).
.
Для обычных газов эффект Джоуля-Томпсона
положителен и определяется по формуле Ноэля:
273
i a bp
T
2

19. Располагаемая работа

Запишем для теплового двигател
dq
1-й закон ТД: внешн
dqтр di vdp
dqвнешн di vdp dqтр
Используем 1-й закон ТД для поток
di dl тех
dс 2
2
di vdp dqтр
Выразим:
vdp dl тех dqтр
dс 2
2

20. Располагаемая работа

Проинтегрируем полученное выра
P1
vdp l
P2
тех
с22 с12
l тр
2
English     Русский Правила