Истечение и дросселирование пара и газа.

В поршневых двигателях сообщенная газу теплота согласно 1-му закону термодинамики расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы.

Газ расширяется в цилиндре и перемещает поршень. В паровых и газовых турбинах, реактивных двигателях потенциальная энергия газа (выражена давлением) преобразуется в кинетическую - за счет использования направленной струи газа при истечении.

Истечение- процесс перемещения газа (пара) или жидкости из пространства с большим давлением в пространство с меньшим давлением.

, где с - скорость течения.

Кинетическая энергия потока газа пропорциональна квадрату скорости течения. Направленную струю получают с помощью насадок переменного сечения. Насадки, в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую- называют соплами.

Р1>Р2 ; с1 <с2; W2 >W1

При движении газа по соплу его давление понижается, а скорость возрастает, следовательно, и возрастает и кинетическая энергия движения газа. Если струя газа попадает на лопасть турбины, то его кинетическая энергия преобразуется в энергию вращения вала турбины. Двигатели, работающие без преобразования энергии струи газа в энергию вращения вала, называется реактивными.

Истечение газа из сопла образует в них реактивную силу, которая приводит аппарат в движение. Если необходимо повысить давление и скорость движения газа, то используют насадки, называемые диффузорами.

Р1<Р2 ; с1 <с2;

Выражение первого закона термодинамики для потока газа.

Пусть 1 кг проходит через технологическое устройство, где к нему подводится теплота q – эта теплота будет расходоваться на:

1) изменение внутренней энергии U2 –U1;

2) совершение работы проталкивания p2v2 – p1v1;

3) изменение кинетической энергии ;

4) Изменение потенциальной энергии q(H2-H1), где q=9,81 м/с2.

5) Совершение работы с помощью подвижных элементов устройства, то есть техническую работу lт.

Первый закон термодинамики будет иметь вид:

;

Если Н2 =Н1 , т.е q(Н2 -Н1)=0, учитывая, что i=U+pv. То получим:

;

Подведенная к потоку газа тепло, расходуется на увеличение энтальпии, увеличение кинетической энергии и совершение технической работы.

В дифференциальной форме:

;

В турбинах, которые служат для получения технической работы lт, а также компрессорах, которые служат для сжатия газа, за счет затрат технической работы, изменениями скорости входа и выхода с1 и с2 можно пренебречь, т.е. считать что с1 @ с2 и формула примет вид:

dq=di+dlТ

Если устройство служит для увеличения кинетической энергии (сопла) или преобразует наоборот (диффузор), то техническая работа lТ=0.

;