Первый закон термодинамики для потока

ТЕРМОДИНАМИКА ПОТОКА

Задачей настоящей главы является изучение закономерностей преобразования энергии в потоке, профилирование и расчет сопел и диффузоров. Процессы истечения газов и паров из сопел происходят в газо- и паротурбинных установках, в воздушно-реактивных и ракетных двигателях. Диффузоры находят применение в эжекторах, струйных компрессорах.

На рис. 6.1 показан участок трубы, по которой движется газообразное рабочее тело.

В сечении 1-1 скорость и другие параметры потока равны c ₁, p ₁, t ₁, h ₁,..., в сечении 2-2 соответственно c ₂, p ₂, t ₂, h ₂,..., q, Дж/кг, – теплота, подводимая к рабочему телу или отводимая от него, l_T, Дж/кг, – техническая работа, совершаемая самим потоком или над ним.

Первый закон термодинамики, имеющий вид

,

выполняется и для потока рабочего тела. При этом внешняя работа потока представляет собой сумму изменения его кинетической и потенциальной энергий, а также технической работы

,

где g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести.

Таким образом, первый закон термодинамики для потока рабочего тела имеет вид

, Дж/кг.

(6.1)

Для сопел и диффузоров (коротких каналов с высокой скоростью течения рабочего тела) выполняются условия, когда

,

поэтому (6.1) принимает вид

.

(6.2)

В дифференциальной форме это равенство записывается так:

.

(6.3)

6.2. Связь изменения скорости
и параметров состояния в потоке

Сравнение различных форм записи первого закона термодинамики:

дает следующее уравнение:

.

(6.4)

Из структуры (6.4) следует, что dc и dp всегда имеют противоположные знаки, т. е. при увеличении скорости (dc >0) давление в потоке уменьшается (dp < 0). Торможение потока (dc <0) всегда сопровождается возрастанием давления (dp >0).

В адиабатном потоке на основании (6.3) имеем

,

(6.5)

т. е. с увеличением скорости (dc > 0) энтальпия потока уменьшается (dh < 0), и наоборот.

Изменение энтальпии в адиабатном потоке прямо пропорционально изменению температуры и внутренней энергии, изменение давления – обратно пропорционально изменению удельного объема.

Таким образом, при увеличении скорости адиабатного потока рабочего тела (dc > 0):

1) p, T, h, u – уменьшаются;

2) удельный объем v увеличивается;

3) энтропия в обратимых процессах не изменяется (s = const), в необратимых процессах она увеличивается (ds >0).

На рис. 6.2 и 6.3 в T-s- и p-v- диаграммах показан адиабатный процесс истечения газа из сопла (dc > 0).

Дата добавления: 2014-01-13