Необратимое истечение

В реальных условиях, вследствие трения потока о стенки канала, процесс истечения является необратимым. За счет теплоты трения энтропия рабочего тела возрастает.

На рис. 6.8 представлены обратимый (1-2) и необратимый (1-2д) процессы истечения водяного пара из сопла.

Для обратимого процесса истечения скорость на выходе из сопла равна

.

(6.26)

В действительном процессе при том же перепаде давлений расходуется меньшая разность энтальпий (h₁-h_2д), в результате уменьшается скорость истечения, т.к. часть кинетической энергии, благодаря трению, переходит в теплоту

.

(6.27)

Отношение c_2д/c₂ = j называется скоростным коэффициентом. Для паровых и газовых турбин экспериментальные данные показывают, что
j = 0,92-0,98. Совместное решение (6.26) и (6.27) дает формулу для расчета потери кинетической энергии в действительном процессе истечения

.

(6.28)

Отношение , где (h₁ - h₂) – располагаемый тепловой перепад, называется коэффициентом потери энергии. Для паровых и газовых турбин x = 4…5 %.

Коэффициент потери энергии и скоростной коэффициент взаимосвязаны.

Для сопел паровых и газовых турбин при c₁ = 0 эта связь имеет вид

.

(6.29)

Совместное решение (6.28) и (6.29) с учетом дает формулу для расчета энтальпии на выходе из сопла

.

(6.30)

Площадь выходного сечения сопла рассчитывается по уравнению неразрывности потока

.

(6.31)

Удельный объем v_2д определяется по известным значениям параметров
p₂, h_2д. Для сопел Лаваля действительное значение энтальпии в минимальном сечении сопла (h_kpд) и его площадь (f_min) рассчитываются по аналогичным формулам:

,	(6.32)
,	(6.33)

где v_kpд, c_kpд – действительные значения удельного объема и критической скорости в минимальном сечении сопла.

Необратимый процесс расширения рабочего тела при истечении из сопла (1-2д) сопровождается увеличением энтропии (Ds_H) и потерей эксергии (Dex_пот):

,	(6.34)
.	(6.35)