Общие уравнения истечения газов и паров
Условия установившегося потока: по длине канала все параметры состояния вещества и скорость течения меняются, однако в каждом сечении канала все параметры газа и скорость его течения по времени остаются неизменными.
Условие сплошности: протекающий газ занимает полностью всю площадь поперечного сечения канала.
Рассматриваемый установившийся поток подчиняется уравнению сплошности.
Температура адиабатного торможения.
Достигаемую при полном торможении потока газа температуру tтор называют температурой адиабатного торможения. Она всегда превышает истинную термодинамическую температуру движущегося газа (или пара).
Истечение идеального газа
Адиабатное истечение через суживающееся сопло.
Скорость истечения газа из сопла
.
Секундный расход газа соответствующий этой скорости
.
Максимальный расход газа и его критическая скорость.
Из уравнения расхода следует, что при постоянном значении площади F2 выходного сечения канала секундный расход G газа зависит от физических свойств газа, его начальных параметров и давления p2 на выходе из сопла.
Уравнения профиля канала.
.
Общие условия перехода к сверхзвуковой скорости.
Уравнения профиля канала устанавливают условия перехода к сверхзвуковой скорости посредством «геометрического» воздействия на поток. Канал вначале суживается, однако для того, чтобы перейти к сверхзвуковой скорости, его нужно расширять, или нужно геометрическое воздействие «обратить».
Геометрическое воздействие не является единственным видом воздействия, обеспечивающим переход к сверхзвуковой скорости. Подобным же свойством обладают «тепловое», «механическое», «расходное» и другие воздействия, подчиняющиеся принципу обращения воздействия.
Истечение реальных газов и паров
Общие уравнения истечения, приведенные в начале изучения данной темы, являются справедливыми для любых реальных газов и паров. Уравнения истечения идеальных газов можно использовать только как приближенные для расчета потоков воздуха, продуктов сгорания топлив и высокоперегретых паров. При этом следует учитывать, что для перегретого и особенно для насыщенного пара показатель k адиабаты не является постоянной величиной, а зависит от давления и степени расширения.
Лекция 15
Дросселирование газов и паров.
Дросселированием называют предельный случай истечения с трением газа, пара или жидкости в каком–либо канале, когда давление потока падает, полезная работа не производится, а конечная скорость потока оказывается равной начальной.
Если при этом теплообмен вещества с окружающей его стенкой канала отсутствует, то такое дросселирование называют адиабатным.
Изменение температуры от дросселирования или эффект Джоуля–Томсона.
Явление изменения температуры газов, паров и жидкостей при адиабатном дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона.
Особенности дросселирования жидкостей.
В том случае, когда температура жидкости перед дросселированием близка к температуре кипения Тн, соответствующей конечному давлению р2, дросселирование вызывает вскипание этой жидкости и образование влажного пара с температурой Тн.
Лекция 16
Термохимические процессы. основные законы.
Термохимическими процессами называют химические реакции различных веществ, при которых выделяется или преобразуется определенное количество теплоты и совершается химическая работа.
Наибольший интерес в термодинамике представляет анализ процессов горения топлив, диссоциация газов и паров.
Имеются два типа термохимических реакций: изохорно–изотермные (V=const и T=const) и изобарно–изотермные (p=const и T=const).
Работой реакции называют количество химической энергии, превращенной в энергию направленного движения.
Теплотой реакции называют количество химической энергии, превращенной в тепловую энергию.
Уравнение максимальной работы.
Для изохорно–изотермных реакций
АV = F1 F2,
где F = U TS – изохорно–изотермный потенциал или свободная энергия.
Для изобарно–изотермных реакций
Ар = Ф1 Ф2,
где Ф = Н ТS – изобарно–изотермный потенциал.
Химическое сродство.
Совокупность всех условий, определяющих возможность осуществления данной реакции между несколькими веществами, называют химическим сродством.
Лекция 17
Диссоциация газов и паров
Диссоциацией называют распад химических соединений на более простые вещества, которыми, в частности, могут быть химические элементы.
Одним из примеров диссоциации может служить распад СО2 на окись углерода СО и кислород О2 в реакции
2СО + О2 D 2СО2,
а также распад молекул кислорода О2 на атомный кислород, происходящий при очень высоких температурах О2 D 2О.
Лекция 18
Реакции горения топлив.
Основы термодинамики необратимых процессов
Процесс горения топлива в среде окислителя представляет собой экзотермическую реакцию соединения углерода, водорода и других горючих элементов топлива с кислородом в присутствии азота и других негорючих веществ.
Теоретической температурой горения называют наибольшую возможную температуру продуктов сгорания, которую можно достигнуть в реакции при стехиометрическом соотношении между топливом и воздухом без каких-либо утечек тепла и потерь на химический и механический недожог.
Под эксергией топлива понимается та максимальная работа, которую можно получить в результате стехиометрической реакции горючих элементов топлива с кислородом.