ТЕРМОДИНАМИКА ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ

Особенности преобразования энергии в потоке упругой жидкости. Параметры торможения

Термодинамика потока, изучающая закономерности преобразования энергии в открытой системе, движущейся со значительными скоростями, представляет собой основы курса газовой динамики. Термодинамическая теория газового потока позволяет определить скорость истечения газа, его расход, геометрические размеры аппарата.

Течение упругой жидкости (газа)1 рассматривается как равновесный обратимый процесс. Жидкость любого элементарного объема, выделенного из потока, находится в равновесии, что позволяет применить к ней уравнение состояния.

Состояние в каждой точке потока характеризуется теми же известными параметрами состояния (статическими параметрами), а также скоростью движения газа W.

Если па пути газа поставить преграду, то в результате адиабатного торможения потока до нулевой скорости удельная кинетическая энергия преобразуется в теплоту. При этом возрастают температура, давление, плотность и другие параметры газа, которые называют параметрами торможения и обозначают как Т*,р*, р* и т.д.

Удельная энтальпия торможения i* возрастает на величину кинетической энергии, преобразующейся в теплоту:

Абсолютная температура торможения определяется следующим образом. Так как

1 Упругая жидкость (жидкость Максвелла, тело или модель Максвелла) — жидкость, которая не подчиняется закону вязкости Ньютона. В связи с этим ее также называют неныо- топовской жидкостью.

а при Г0 = 0 и г0 = О

то

Давление, плотность и удельный объем при торможении можно определить по формулам соотношения параметров в адиабатном процессе. В отличие от статических параметров, изменяющихся в потоке, параметры торможения остаются неизменными:

и т.д.

Рассмотрим стационарное движение потока, при котором масса жидкости, проходящая в единицу времени через любое поперечное сечение, и ее параметры остаются неизменными. Тогда одним из уравнений, характеризующих поток упругой жидкости, будет уравнение сплошности (неразрывности) потока:

где Ms — массовый расход газа, кг/с; А — площадь поперечного сечения потока, м2; W — скорость потока в данном сечении, м/с; v — удельный объем жидкости в сечении, м3/кг.

Примем, что трение жидкости о стенки канала отсутствует. Это дает право считать процесс обратимым.

Еще одним уравнением является уравнение первого начала термодинамики для потока:

Поскольку в струйных аппаратах стенки канала жесткие, а сам канал не перемещается, то техническая работа не производится (dlTQX = 0).

Ограничивая рассмотрение истечения только адиабатными процессами (dq = 0 и ds = 0), получаем уравнение первого начала термодинамики в следующем виде:

Последнее выражение называют также уравнением Бернулли.

При рассмотрении адиабатных процессов с идеальным газом справедливо уравнение pvk= const.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >