Изучение процесса адиабатного истечения воздуха через суживающееся сопло
Комплексное исследование изменения скорости воздуха на выходе из сопла и расхода воздуха через него в зависимости от отношения давлений, а также определение коэффициента расхода сопла. Ознакомление с устройством и работой отдельных тепловых устройств.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.11.2022 |
| Размер файла | 596,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Первое высшее техническое учебное заведение России
Министерство науки и высшего образования
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра теплотехники и теплоэнергетики
Лабораторная работа
По дисциплине: Теплотехника
Изучение процесса адиабатного истечения воздуха через суживающееся сопло
Автор:
студент гр. ЭРС-14
Бабырь К.В.
Проверил
ассистент
Чуркин И.С.
Санкт-Петербург 2019
Целью данной работы является экспериментальное изучение процесса адиабатного истечения воздуха через суживающееся сопло.
В результате выполнения работы необходимо исследовать изменение скорости воздуха на выходе из сопла и расхода воздуха через него в зависимости от отношения давлений, а также определить коэффициент расхода сопла т.
При проведении лабораторной работы необходимо закрепить знания, полученные при изучении теоретического курса, путем ознакомления с устройством, работой отдельных тепловых устройств, приобрести навыки самостоятельной научно-исследовательской работы.
Теория
скорость воздух сопло тепловой
Основная задача термодинамического анализа применительно к газовому потоку состоит в определении скорости истечения, секундного расхода газа, а также установления условий, существенно влияющих на процесс истечения и его эффективность.
Процесс истечения из сопел может происходить, как при постоянных начальных параметрах (истечение из резервуара неограниченной емкости), так и при переменных начальных параметрах газа (истечение из резервуара ограниченной емкости).
В предлагаемой работе принимается, что течение газа в пределах сопла происходит без теплообмена с окружающей средой (адиабатно); движение газа установившееся, т.е. через каждое сечение сопла в единицу времени протекает одно и тоже количество газа (G = idem), а средняя скорость и параметры газа в каждом сечении во времени неизменны.
При адиабатном течении газа изменение его кинетической энергии происходит за счет изменения энтальпии газа (при этом изменяется и внутренняя энергия газа). В соплах внешняя кинетическая энергия газа увеличивается (скорость газа возрастает), следовательно, энтальпия уменьшается, температура газа падает. Величина местной скорости звука при этом также уменьшается.
a =
где: a - скорость звука, k - постоянная адиабаты, Р - давление, - удельный объем (величина обратная плотности)
Значение теоретической скорости истечения газа из сопла определяется формулой
w = , м/с (2.1)
При неизменных начальных параметрах газа и величина скорости истечения зависит от показателя адиабаты k и отношения давлении в = .
Для воздуха можно принять k =1,4, тогда скорость истечения w зависит только от в. При уменьшении в скорость истечения возрастает, достигая максимального значения при в = 0 (истечение в абсолютный вакуум = 0).
Расход газа через сопло определяется из уравнения неразрывности газового потока:
G = , кг/с (2.2)
Где: f - площадь сечения сопла (f = );
Размещено на http://www.allbest.ru/
d =2 мм.
Заменяя в выражении (2.2) скорость w по формуле (2.1) и плотность с из уравнения адиабаты
p = const, или: (2.3)
получаем выражение для теоретического расхода газа через сопло
G = f. (2.4)
Анализируя выражение (2.4) при условии, что p1 и с1 остаются неизменными в течение всего опыта, а p2 меняется, оставаясь неизменным во время процесса истечения, приходим к выводу, что расход газа через сопло обращается в нуль при p2/p1=1 и при p2/p1= 0; вкр = (см. рис. 1).
Рис. 1. График зависимости расхода воздуха от в
Первый случай понятен, т.к. при равенстве давлений в резервуаре p1 и в окружающей среде p2 течения газа нет. Во втором случае получается противоречие ? при истечении в полный вакуум расход равен нулю при максимальной скорости истечения.
Опыт показывает, что действительное изменение расхода достаточно хорошо совпадает с теоретическим на участке кривой 1-а, т. е. при вкр<в<1. По мере уменьшения в расход увеличивается, достигает наибольшего значения при некотором в= вкр, а затем остается практически неизменным (линия а-б).
Таким образом, при значениях 0<в< вкр в действительности расход газа изменяется не по кривой а-0, а по линии а-б. Соответствующее точке а отношение давлений называется критическим и обозначается вкр, при этом в устье сопла скорость истечения газа равна местной скорости звука w = aкр(критическая скорость).
Постоянство расхода газа при значениях в< вкр имеет следующее физическое объяснение. Изменение давления среды p2 (малые возмущения) распространяются со скоростью равной скорости звука. Пока скорость истечения газа меньше скорости звука, понижение давления передается по газовой струе внутрь сопла, что приводит к перераспределению давления. Процесс понижения давления во внешней среде движется навстречу потоку с относительной скоростью равной скорости распространения звука, а абсолютная скорость возмущения относительно неподвижного сопла равна разности скоростей звука и истечения газа. Поэтому когда скорость истечения сравнивается (по мере снижения давления p2) со скоростью звука, никакое уменьшение давления окружающей среды внутрь сопла не передается (давление в устье сопла при этом отличается от p2 и называется критическим).
Таким образом, скорость истечения газа из суживающегося сопла не может превысить критическую скорость, равную местной скорости звука.
Лабораторная установка
Лабораторная работа проводится на модели экспериментальной установки (рис. 2). Испытательная установка состоит из: компрессора, нагнетательной задвижки, расходомера электронного, двух манометров.
Рис. 2. Модель экспериментальной установки: 1 - манометр Р2; 2 - сопло; 3 ? компрессор; 4 - всасывающий фильтр; 5 - манометр Р1; 6 - регулирующее устройство; 7 - расходомер электронный
Исследуемое сопло имеет плавный суживающийся профиль. Расход воздуха измеряется с помощью расходомера (7). Воздух из сопла (2) сообщается с окружающей средой (резервуар неограниченной емкости). В сопло воздух поступает от компрессора (4). Величина давления в сопле регулируется с помощью шарового крана (6). Значение параметров воздуха до и после сопла определяется по показаниям манометров (5) и (1).
|
G, кг/с |
в |
||
|
1,04 |
0,0004 |
0,96 |
|
|
1,08 |
0,00056 |
0,92 |
|
|
2,2 |
0,0007 |
0,45 |
|
|
2,6 |
0,0008 |
0,38 |
|
|
3,0 |
0,0009 |
0,33 |
|
|
3,4 |
0,00095 |
0,29 |
|
|
3,8 |
0,001 |
0,26 |
|
|
4,2 |
0,0011 |
0,23 |
|
|
4,6 |
0,0012 |
0,21 |
|
|
5 |
0,0012 |
0,2 |
Вывод
Диаграммы расхода воздуха совпадают. Расход воздуха достигает критического значения и больше не увеличивается. Средняя погрешность измерений не больше 5%, значит результаты можно считать успешными. Плотность воздуха равна 1,2, в справочных данных результат аналогичен.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание экспериментальной установки, принцип измерения давления воздуха и определение его оптимального значения. Составление журнала наблюдения и анализ полученных данных. Вычисление барометрического давления аналитическим и графическим методом.
лабораторная работа [59,4 K], добавлен 06.05.2014Схема опытной установки и описание принципа её действия. Порядок выполнения опыта и составление диаграммы влажного воздуха. Расчёт плотности воздуха на выходе из калорифера, массового расхода воздуха, проходящего через установку, расхода сухого воздуха.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 23.01.2014Исследование основных величин, определяющих процесс кипения: температуры и давления насыщения, удельной теплоты парообразования, степени сухости влажного пара. Определение массового расхода воздуха при адиабатном истечении через суживающееся сопло.
лабораторная работа [5,4 M], добавлен 04.10.2013Определение расхода воздуха и количества продуктов горения. Расчет состава угольной пыли и коэффициента избытка воздуха при спекании бокситов во вращающихся печах. Использование полуэмпирической формулы Менделеева для вычисления теплоты сгорания топлива.
контрольная работа [659,6 K], добавлен 20.02.2014Описание конструкции и технических характеристик котельного агрегата ДЕ-10-14ГМ. Расчет теоретического расхода воздуха и объемов продуктов сгорания. Определение коэффициента избытка воздуха и присосов по газоходам. Проверка теплового баланса котла.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 23.01.2014Определение расчетных поверхностей теплообмена и перепадов температур. Расчет суммарного потока теплоты через поверхность бака трансформатора. Определение зависимости изменения температуры воздуха и масла от коэффициента загрузки трансформатора.
курсовая работа [733,9 K], добавлен 19.05.2014Исследование устройства и принципов работы приборов для измерения влажности и скорости движения воздуха, плотности жидкостей. Абсолютная и относительная влажность воздуха, их отличительные особенности. Оценка преимуществ и недостатков гигрометра.
лабораторная работа [232,2 K], добавлен 09.05.2011Расчет теоретического объёма расхода воздуха, необходимого для горения природного газа и расчет реального объёма сгорания, а также расчет теоретического и реального объёма продуктов сгорания. Сопоставление расчетов, используя коэффициент избытка воздуха.
лабораторная работа [15,3 K], добавлен 22.06.2010Расчет сопла Лаваля с помощью газодинамических функций: проектирование дозвукового и сверхзвукового участков. Параметры течения газа по соплу. Расчет крыльевого профиля в среде Gas2. Определение профиля методом скачков уплотнения и волн разряжения.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.08.2013Выполнение расчетов параметров воздуха, теплопотерь через стены, пол, перекрытие, расходов тепла на нагревание инфильтрующегося воздуха через ограждения помещений, вентиляцию, горячее водоснабжение с целью проектирования системы теплоснабжения завода.
курсовая работа [810,6 K], добавлен 18.04.2010Расчет отопительной нагрузки, тепловой нагрузки на горячее водоснабжение поселка. Определение расхода и температуры теплоносителя по видам теплопотребления в зависимости от температуры наружного воздуха. Гидравлический расчет двухтрубных тепловых сетей.
курсовая работа [729,5 K], добавлен 26.08.2013Определение коэффициента теплопроводности воздуха при атмосферном давлении и разных температурах по теплоотдаче нагреваемой током нити в цилиндрическом сосуде. Особенности оценки зависимости теплопроводности воздуха от напряжения тока, заданного в цепи.
лабораторная работа [240,1 K], добавлен 11.03.2014Проектирование системы кондиционирования воздуха в зрительном зале клуба на 400 мест. Выбор расчетных параметров наружного, внутреннего воздуха. Температура уходящего воздуха, угловые коэффициенты луча процесса в помещении. Подбор вентиляторного агрегата.
курсовая работа [134,8 K], добавлен 08.04.2014Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, а также энтальпии воздуха. Тепловой баланс теплового котла. Расчет теплообменов в топке, в газоходе парового котла. Тепловой расчет экономайзера.
курсовая работа [242,4 K], добавлен 21.10.2014Вычисление мощности двигателя вентилятора для перекачки воздуха через трубопровод заданной конфигурации. Построение пьезометрического графика для заданных условий процесса и графика изменения скорости по сечению трубы на первом участке трубопровода.
контрольная работа [216,6 K], добавлен 15.04.2012Изучение различных изопроцессов, протекающих в газах. Экспериментальное определение СP/СV для воздуха. Расчет массы газа, переходящего в различные состояния. Протекание изотермических процессов, определение состояния газа как термодинамической системы.
контрольная работа [28,0 K], добавлен 17.11.2010Анализ источников радиоактивного фона. Определение естественного радиоактивного фона с использованием радиометрической лабораторной установки. Исследование изменения радиоактивности воздуха с течением времени. Определение периода радиоактивного распада.
методичка [188,0 K], добавлен 30.04.2014Построение теплового процесса расширения пара в турбине. Определение расхода охлаждающей воды в конденсаторе. Исследование эффективности ПГУ при многоступенчатом сжатии воздуха в компрессоре. Определение и расчет мощности, развиваемой паровой турбиной.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.05.2014Потенциальная энергия жидкости. Определение теоретической скорости и теоретического расхода (идеальная жидкость). Сравнение истечения через отверстие и внешний цилиндрический насадок. Кавитация в цилиндрическом насадке. Гидравлический удар в трубопроводе.
презентация [337,3 K], добавлен 29.01.2014Определение расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха для теплого и холодного периодов. Теплопоступления от искусственного освещения и солнечной радиации. Выбор схемы распределения воздуха в кондиционируемом помещении, подбор калориферов.
курсовая работа [155,4 K], добавлен 19.12.2010
