Дросселирование пара . Реферат. Детали машин.
🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Дросселирование пара
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Министерство образования Российской Федерации
Орский Гуманитарно-технологический институт
(филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
“Оренбургский государственный университет”.
по дисциплине: Теоретические основы теплотехники
Руководитель:
“_______” _________________2005 г.
Исполнитель:
студент 2-го курса группы ЭО-21
“_______” _______________ 2005 г.
Ответ на теоретический вопрос “Как изменяются параметры
влажного пара при дросселировании?”
Как изменяются параметры влажного пара при
дросселировании?
Если в трубопроводе на пути движения газа
или пара встречается местное сужение проходного сечения, то
вследствие сопротивлений, возникающих при таком сужении, давление р 2
за местом сужения всегда меньше давления р 1
перед ним (рис 2). Это явление, при котором пар или газ
переходит с высокого давления на низкое без совершения внешней работы и
без подвода или отвода теплоты, называется адиабатным дросселированием , или
м я т и е м (также редуцированием, или торможением).
Любой кран, вентиль,
задвижка, клапан и прочие местные сопротивления, уменьшающие проходное сечение
трубопровода, вызывают дросселирование газа или пара и,
следовательно, падение давления. Иногда дросселирование
специально вводится в цикл работы той или иной машины: например, путем
дросселирования пара перед входом в паровые турбины регулируют
их мощность. Аналогичный процесс осуществляется и в
карбюраторных двигателях внутреннего сгорания, где мощность
регулируется изменением положения дроссельной заслонки карбюратора.
Дросселирование газов и паров используют
для понижения их давления в специальных редукционных клапанах,
широко применяемых в системах тепло - и парогазоснабжения
различных предприятий, а также и в холодильной технике для получения
низких температур и сжижения газов путем их многократного дросселирования .
Физическое представление о падении
давления за местным сопротивлением, обусловлено диссипацией (рассеянием) энергии
потока, расходуемой на преодоление этого
местного сопротивления.
При дросселировании потеря
давления р 1 — р 2 тем больше, чем меньше
относительная площадь сужения.
Рассмотрим подробнее
адиабатное дросселирование. Адиабатным дросселированием (или мятием) называют
необратимый переход рабочего тела от высокого давления p1 к
низкому давлению p2 без
теплообмена. При
подходе к диафрагме (рис.1 и рис.2) поток, сужаясь, разгоняется, давление внутри его уменьшается, а на стенки трубопровода
и диафрагмы вследствие торможения
газа в застойной зоне оно несколько повышается. После прохождения отверстия поток, расширяясь до стенок трубопровода,
тормозится, давление
Рис 2. Дросселирование газа диафрагмой и характер
изменения давления в процессе
газа при этом возрастает. Однако давление p2 в
сечении II после диафрагмы оказывается
меньше давления p1 в сечении
I перед диафрагмой. Снижение давления является
следствием потерь на трение и
вихреобразование, вызванное разностью
давлений у стенок диафрагмы и в
потоке. Вследствие этих потерь процесс дросселирования
является необратимым процессом и
протекает с увеличением энтропии. Поток, однако, после прохождения диафрагмы,
стабилизируется и газ течет, заполняя все сечение трубы. Процесс
дросселирования не сопровождается совершением газом полезной работы, т.е. для
такого процесса l тех = 0.
Величина снижения давления зависит от
природы газа, параметров его состояния, скорости движения и степени сужения
трубопровода.
После дросселирования удельный объем и скорость
газа возрастают (v2 > v1 и w 2 >
w1), а температура газа в
зависимости от его природы и параметров состояния перед дросселированием может как
увеличиваться, так и уменьшаться, или
оставаться неизменной.
Для адиабатного процесса дросселирования
справедливо уравнение
(1)
При неизменном диаметре трубы (А=const) и
стационарном процессе, в котором через любое сечение массовый расход газа G=const, в
соответствии с уравнением неразрывности w/v = G/A = const.
Отсюда следует, что скорость газа возрастает
пропорционально увеличению объема. Однако при таком изменении скорости изменение
кинетической энергии газа в сравнении с величиной его энтальпии оказывается
ничтожно малым.
Таким образом, изменением кинетической энергии газа
при дросселировании можно пренебречь, тогда
i 1= i 2 , или u1 + p1v1 = u2 + p2v2 .
(2)
Данное уравнение является уравнением процесса дросселирования. Оно
позволяет с помощью is - диаграммы по состоянию рабочего тела до
дросселирования находить его состояние после дросселирования так, как показано
на рис.3.
Рис 3. is- диаграмма дросселирования
Изменение энтропии газа
(пара) в результате осуществления этого обратимого процесса (равное изменению
энтропии при дросселировании газа от состояния 1 до состояния 2) определяется
следующим соотношением:
(3)
(4)
Из этого уравнения следует,
что всегда .
Изменение температуры после
дросселирования газа и пара, открытое Джоулем (1818—1889) и Томсоном
(1824—1907) в 1852г., называется дроссель-эффектом Джоуля—Томсона. Опытами
было установлено, что в результате дросселирования изменяется
температура рабочего тела. Изменение температуры при
дросселировании связано с тем, что в каждом реальном
газе действуют силы притяжения и отталкива ния между молекулами.
При дросселировании происходит расширение газа, сопровождающееся
увеличением расстояния между ними. Все это приводит к уменьшению внутренней
энергии рабочего тела, связанному с затратой работы, что, в свою очередь, приводит к изменению температуры.
Температура идеального газа в результате дросселирования не
изменяется, и эффект Джоуля-Томсона в данном случае равен нулю. Таким образом,
изменение температуры реального газа при дросселировании определяется величиной
отклонения свойств реального газа от идеального, что связано с действием межмолекулярных сил.
Предположим , что
р1v1 = p 2 v 2
и, следовательно, u 2 =u1. Так как v2 > v1 , то при дросселировании
внутренняя потенциальная энергия газа возрастает, а внутренняя кинетическая энергия при этом уменьшается. Следовательно, при принятых условиях
температура газа после
дросселирования будет уменьшаться.
Обычно при дросселировании реального газа p1v1 – p2v2
>0 и u2 – u1>0, работа проталкивания
газа приводит к росту внутренней энергии.
В условиях, когда работа
проталкивания оказывается больше прироста внутренней
потенциальной энергии ∆uпот ,
ее избыток идет на увеличение и внутренней кинетической
энергии ∆u кин ,
температура
газа растет (dT>0). Когда работа проталкивания меньше ∆u пот , то ∆u кин уменьшается,
температура газа понижается (dT<0).
При равенстве работы проталкивания и изменения внутренней
потенциальной энергии температура газа остается неизменной (dT=0).
a i =( ¶ T / ¶ p ) i . (5)
Величина a i ,
называется дифференциальным температурным эффектом Джоуля-Томсона. Значение a i ,
можно определить из уравнения
di = c p dT - [ T ( ¶ v / ¶ T ) p - v ] dp .
(6)
Учитывая, что при дросселировании нет
изменения энтальпии ( di = 0),
получим
С p dT = [ T ( ¶ v / ¶ T ) p - v ] dp . (7)
a i =( ¶ T / ¶ p ) i = [ T ( ¶ v / ¶ T ) p - v ] / c p .
(8)
Полагая, что реальный газ является
Ван-дер-Ваальсовским газом, из уравнения ( p + a / v 2 )( v - b )= RT получим
T = (pv + a/v-ab/ v 2 -pb)/R. (9)
(10)
Таким образом, по уравнениям (9) и (10)
можно определить значения a i при заданном давлении р1.
Для этого, задаваясь различными значениями удельного объема v, по (9) вычисляют соответствующие
им температуры, затем, подставляя v и
Т в (10) значение дифференциального дроссель-эффекта (dT/dp) h .
В качестве примера на рис.4 приведены зависимости
дифференциального эффекта дросселирования воздуха от
температуры T1 при
различных давлениях р 1 построенные в соответствии с результами
вычислений по уравнениям (9) и (10) при критических параметрах
воздуха Tкр =132,46
K, pкр =3,7
Мпа; теплоемкости cp =1015 Дж/(кг·К); газовой постоянной R=287 Дж/(кг·К) и численных значениях коэффициентов
а=164,78 Н·м 4 /кг 2 , b=1,28·10 -3 м 3 /кг
Дроссельный эффект может быть положительным, отрицательным или
равным нулю. Положительный дроссель-эффект имеет место в случае, когда при дросселировании температура газа понижается.
Отрицательный – когда повышается.
В случае неизменности температуры при дросселировании
Рис
4. Дифференциальный дроссель эффект в зависимости от температуры
перед дросселированием
при различных начальных давлениях.
на блюдается нулевой эффект
Джоуля-Томсона. Состояние реального газа при дро сселировании,
когда дроссельный эффект равен нулю, называется точкой инверсии.
В этой точке происходит смена знака температурного эффекта. Если
температура газа перед дросселированием меньше температуры инверсии , то газ при
дросселировании охлаждается, если больше - то нагревается.
Для нахождения условий, при
которых происходит изменение температуры га за или она остается
неизменной, необходимо проанализировать уравнение
dT= { [ T( ¶ v/ ¶ T) p - v ] /c p } dp (11)
При дросселировании dp <
0, так как давление газа всегда уменьшается. Теплоемкость с р - величина
положительная. Отсюда следует, что знак dT зависит от знака выражения T( ¶ v / ¶ T ) p – v и всегда ему противоположен. Тогда
при T ( ¶ v / ¶ T ) p – v >0 dT <0 ,
при T( ¶ v / ¶ T ) p – v <0 dT >0,
при T( ¶ v / ¶ T ) p – v =0 dT =0,
Случай, когда dT = 0 можно использовать
для получения температуры инверсии T ин .
T( ¶ v/ ¶ T) p –v
=0 Þ T ин = v/( ¶ v/ ¶ T) p (12)
Последнее выражение называется
уравнением кривой инверсии. Перенеся значения температур инверсии при
различных давлениях в pT -координаты,
получим кривую 1 инверсии (рис. 5), в каждой точке которой дроссель-эффект
равен нулю и температура газа при дросселировании не изменяется. Точки на поле
Рис 5.
Инверсионная кривая воздуха:
диаграммы
внутри кривой соответствуют охлаждению газа, а снаружи кривой-подогреву газа.
На этом же рисунке дана экспериментальная кривая 2 инверсии воздуха. Ее расхождение с теоретической кривой объясняется
тем, что уравнение Ван-дер-Ваальса лишь приближенно отражает реальную связь
параметров состояния воздуха.
В качестве еще одного примера на рис. 6 приведена кривая инверсии азота.
Внутри области, ограниченной кривой инверсии, a i , т.е. газ при дросселировании охлаждается. Вне этой области a i , т.е. температура газа при дросселировании повышается.
Аналогичный характер имеют кривые инверсии и других веществ.
Дифференциальный дроссель-эффект используется для определения температуры
газа после дросселирования при малом уменьшении давления. При значительном
снижении давления изменение температуры газа определяется интегральным
дроссель-эффектом Джоуля-Томсона
(13)
Практически интегрирование этого уравнения может быть выполнено по частям
с учетом зависимости (dT/dp) i от давления и температуры.
Процесс дросселирования водяного пара немного отличается от
дросселирования реальных газов.
За изменением состояния водяного пара при
дросселировании удобно проследить, пользуясь диаграммой s — i (рис. 7).
Поскольку энтальпия пара после
дросселирования имеет то же значение, что и до него, проведем на этой диаграмме
одну горизонтальную линию 1 — 3 (рис.
7) в области перегретого пара, а другую а — е — в области влажного пара. Начальное состояние пара,
отображаемое точкой 1, характеризуется
давлением 10 Мн/м 2 и температурой 500° С. Из рисунка
Рис 7. Процесс дросселирования пара на
видно, что по мере уменьшения давления при
дросселировании температура пара падает, в то время как
степень перегрева его растет, что видно из следующих цифр:
град
т. е . (величины t определены по диаграмме s — i и по таблицам пара). Однако при дросселировании пара
высокого давления и небольшого перегрева
(например, p=15 Мн/м 2 и t=350° С) перегрев его, как
следует из рис. 7, может уменьшиться и пар может даже сделаться влажным.
Из рассмотрения линии а — d следует, что после
дросселирования влажного пара высокого начального давления до
давлений, определяемых изобарами, лежащими слева от точки b , пар увлажняется (в точке а
влажность пара 1 — х=1 — 0,96=0,04, в точке b она равна 1 — 0,94= = 0,06 и в точке с она равна 1 —
0,96=0,04). Начиная от точки с после
дросселирования пар подсушивается; в точке d достигается состояние сухого насыщенного
пара; в результате дросселирования от
состояния, отображаемого точкой
d , пар
перегревается (точка е лежит в области перегретого пара).
Таким образом, в результате дросселирования в данном
случае изменяются параметры пара и, следовательно, его состояние.
Проводя из точек a , b и с изобары
до их пересечения с верхней пограничной кривой соответственно в точках
a 1 , b 1 , и c 1 можно
убедиться что чем больше понижается давление пара в результате его
дросселирования, тем больше падает его конечная температура (точка а 1 лежит
в интервале температур 400 — 300° С, точка b 1 — в
интервале температур 300— 200° С и точка с 1 — в
интервале температур 200 — 100° С).
Необходимо заметить, что дросселирование пара приводит к
потери его работоспособности. Последняя оценивается той работой,
которая может быть получена от пара при его расширении в тепловом двигателе до
некоторого конечного давления. Применительно к идеальному
процессу эта работа эквивалентна разности энтальпий пара в начале и
в конце адиабатного расширения. На рис. 7 работоспособность
пара, состояние
которого отображается точкой 1, при его расширении до 0,005 Мн/м 2 определяется величиной адиабатного теплопадения,
равной разности энтальпий в точках 1
и 1´ , выражаемой в
масштабе отрезком h 1.
Если пар
до его расширения в тепловом двигателе
подвергнуть дросселированию один раз до давления 2 Мн/м 2 ,
а другой раз до давления 0,5 Мн/м 2 , то его
начальные состояния перед тепловым двигателем будут отображаться
соответственно точками 2 и 3, лежащими на одной горизонтали 1 — 3.
При адиабатном расширении пара от этих новых состояний до
того же давления 0,005 Мн/м 2 работа, которую
способен совершить расширяющийся пар, будет определяться при расширении от состояния,
отображаемого точкой 2, до состояния,
отображаемого точкой 2', лежащей на изобаре 0,05 Мн/м 2 ,
отрезком h 2 , а при расширении от состояния, отображаемого
точкой 3, до состояния, отображаемого точкой 3´, лежащей
.на той же изобаре 0,005 Мн/м 2 , — отрезком h 3 .
Таким образом, диаграмма s — i дает возможность убедиться в том, что i 1 > i 2 > i 3 , т. е. что при дросселировании пара
его ра ботоспособность уменьшается.
В завершение хотелось бы
обратить внимание на то, что сравнение температурных эффектов процессов дросселирования (необратимый
адиабатный процесс расширения) с процессом обратимого
адиабатного расширения показывает, что при том же значении dp величина dT во втором случае будет
больше. Это следует из сравнения dT , определенных
из уравнений:
(11)
(14)
т.е.
. Поэтому получение
низких температур и, в частности, сжижение газов целесообразнее осуществлять методом
адиабатического расширения газов, а не дросселированием, при котором уменьшение
температуры газов, как было
показано выше, возможно лишь при условии, если начальная температура газов будет ниже температуры инверсии. Однако в холодильных установках применяют дроссельный вентиль, а не детандер
(расширительный цилиндр), так как потери эффективности
использования установки от этого не
так уж значительны, но зато,
регулируя степень открытия вентиля, легко получать требуемое падение давления, а значит, и нужную температуру в охлаждаемом объеме .
1. Баскаков А.П., Берг Б.В.
Теплотехника. - М.: “Энергоатомиздат”, 1991г.
2. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин
А.Е. Техническая термодинамика. – М.: “Энергия”, 1968г.
3. Кудинов В.А., Карташов Э.М.
Техническая термодинамика. – М.: “Высшая школа”, 2003г.
5. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Нечаев
С.Г. Теплотехника. – М.: “Высшая школа”, 2000г.
Похожие работы на - Дросселирование пара Реферат. Детали машин.
Береги Честь Смолоду Сочинение Капитанская Дочка 8
Реферат: Спадкове право України
Дипломная Работа На Тему Українська Жінка. Її Громадська І Суспільна Роль. Славетні Українки: Маруся Богуславка, Настя Лісовська, Маруся Чурай
Эссе по теме 'Неолитическая революция': необходимость или случайность
Курсовая работа по теме Аудиторское заключение
Контрольная Работа Номер 8 По Алгебре
Реферат по теме Калий и натрий
Контрольная работа по теме Аварии на химических объектах России
Реферат по теме Теория отраслевых рынков
Курсовая работа: Разработка системы автоматического управления положением объекта
Реферат: Расчет ущерба от ядерного взрыва и химического заражения
Курсовая работа по теме Сущность денег, развитие, происхождение
Реферат по теме Розвиток філософських понять часу і простору у контексті міждисциплінарних досліджень у кінці 18–на поч. XIX ст.
Реферат: Акустические резонаторы. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Консолидированная бухгалтерская отчетность
Реферат: Экономические циклы
Оценивание Контрольных Работ 2022
Документация Реферат
Реферат Детские Болезни И Их Профилактика
Доклад: Водород против нефти
Реферат: Теплопередача
Реферат: Зрение 2
Похожие работы на - Характерные черты афинской демократии