1. Термодинамические процессы состояния газа.
1). Изохорный процесс (Рис.4.1).
n = Const , n 2 = n 1. (4.10)
Уравнение состояния процесса:
P2 / P1 = T2 / T1. (4.11)
Так как υ 2 = υ 1, то l = 0 и уравнение 1-го закона т/д имеет вид:
q = Du = = сv·(t2 - t1); (4.12)
2). Изобарный процесс (Рис.4.2).
P = Const , P2 = P1
Уравнение состояния процесса:
n 2 /n 1 = T2 / T1 , (4.13)
Работа этого процесса:
l = P·(n 2 - n 1). (4.14)
Уравнение 1-го закона т/д имеет вид:
q = Du + l = ср·(t2 - t1); (4.15)
3). Изотермический процесс (Рис.4.3).
Т = Const , Т2 = Т1
P1 / P2 = n 2 / n 1 , (4.16)
Так как Т2 = Т1, то Du = 0 и уравнение 1-го закона т/д будет иметь вид:
q = l = R·T·ln(n 2/n 1), (4.17)
или q = l = R·T·ln(P1/P2), (4.18)
где R = Rh/ h – газовая постоянная [Дж/(кг·К)].
4). Адиабатный процесс (Рис.4.4).
В данном процессе не подводится и не отводится тепло, т.е. q =0.
Уравнение состояния:
P· nl = Const, (4.19)
где l = cp / cv – показатель адиабаты.
Уравнение 1-го закона т/д будет иметь вид:
l = -Du = = -сv·(t2 – t1) = сv·(t1 – t2), (4.20)
или
l = R·(T1 – T2) / (l -1); (4.21)
l = R·T1·[1 – (n 1/ n 2)l -1] /(l – 1); (4.22)
l = R·T2·[1 – (P2/P1) (l -1)/ l] /(l – 1). (4.23)
2. Истечение газов и паров.
Истечением называют процесс выхода сжатого до р1 газа или пара через сопло в среду с меньшим давлением р2. Сопло представляет собой канал, образованный жесткими стенками. Сопло может иметь постоянное сечение, суживающееся или комбинированное. Основная задача данного раздела заключается в том, чтобы обеспечить падение давления р1 к выходу из сопла до р2. В этом случае вся потенциальная энергия, соответствующая разнице (р1–р2), полностью превращается в кинетическую энергию струи, вылетающей из сопла. Это значит, что струя получает максимально возможную скорость при данном перепаде давлений (р1–р2) и, падая на объект, совершает максимальную работу.
Рис. 7.1. Истечение |
Выбор формы сопла зависит от величины отношения р2/р1 = (рис. 7.1). При р2 = р1= 1 – истечение не происходит. При увеличении р1 и р2 = const уменьшается, а расход газа М и скорость истечения С увеличиваются по кривой 1–2. При некотором значении = КР расход достигает максимального значения Мmax, а скорость критической величины СКР, м/с. Если сопло будет иметь постоянное сечение 1 или суживающееся 2, то при дальнейшем увеличении р1 и соответствующем уменьшении b, расход останется равным Мmax, а скорость постоянной и равной СКР. При этом давление р1 падает к выходу из сопла только до рКР, которое значительно выше давления окружающей среды р2. |
3. Циклы газотрубных установок.
На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах.
1-2 - адиабатное сжатие до давления Р2;
2-3 – подвод теплоты q1 при постоянном давлении Р2 (сгорание топлива);
3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р1;
4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р1 (отвод теплоты q2);
Характеристиками цикла являются:
степень повышения давления - l = Р2/ Р1 ;
степень изобарного расширения - r = n3 /n2 .