Chương 04: Những Quá Trình đoạn Nhiệt Cơ Bản Của Dòng Khí

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (11 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Cơ khí - Chế tạo máy

Chương 04: Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khí

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (231.1 KB, 11 trang )

Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khíChương 4NHỮNG QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT CƠ BẢN CỦA DÒNG KHÍ4.1. Quá trình lưu động4.1.1. Những khái niệm cơ bản về dòng chảya. Dòng chảy và quá trình lưu động- Chất khí và chất lỏng chuyển động được gọi chung là dòng chảy.- Dòng chảy có khối lượng riêng không đổi là dòng không bị nén, dòng chảy có khối lượngriêng thay đổi là dòng bị nén. Dòng chất lỏng thông thường là dòng không bị nén, dòng không khítốc độ nhỏ (nhỏ hơn 100 m/s) và những dòng khí có số Mach M ≤ 0,3 có thể xem là dòng không bịnén để khảo sát cho đơn giản sai số nhỏ hơn 3%. Tính chất của dòng không bị nén tuân theo qui luậtcủa thuỷ động học, tính chất của dòng bị nén tuân theo qui luật của nhiệt động học.- Theo nhiệt động học dòng chảy là một hệ hở cócác thông số trạng thái áp suất p , nhiệt độ T , khốilượng riêng ρ và tốc độ ω . Các thông số trạng tháiωpcủa dòng là những thông số cân bằng tại mỗi tiết diệnρvuông góc với tốc độ dòng.T- Quá trình biến đổi các thông số trạng thái củaFdòng chảy được gọi là quá trình lưu động. Những quátrình nhiệt của dòng được mô tả bằng những phươngtrình chuyển động của dòng và những phương trìnhcủa các quá trình nhiệt. Giải hệ những phương trìnhnhư vậy sẽ xác lập được tính chất của dòng đặc biệt lànhững dòng có tốc độ lớn.Các thông số trạng thái ở mộtb. Những giả thiết khi nghiên cứu dòng lưumặt cắt của dòng chảyđộng- Dòng chảy ổn định: Thông số trạng thái của môi chất ở mọi điểm trong dòng không thay đổitheo thời gian. Giá trị các thông số trạng thái trên mọi điểm của cùng một tiết diện vuông góc vớidòng là như nhau.- Dòng chảy liên tục: Lưu lượng khối lượng của dòng qua các tiết diện vuông góc với dòngchảy là như nhau.- Quá trình lưu động là quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch, nghĩa là trong quá trình lưu độngkhông có hiện tượng ma sát, hiện tượng xoáy v.v.. và không trao đổi nhiệt với môi trường xungquanh.c. Một số đại lượng đặc trưng cho dòng chảy• Tốc độ âm thanh: Tốc độ âm thanh là tốc độ lan truyền nhiễu nhỏ trong môi trường.Khí động học đã chứng minh được tốc độ âm thanh ( a ) là:a=dpdρdp là thay đổi áp suất do nhiễu tạo ra; d ρ là thay đổi mật độ môi chất do có thay đổi áp suất.Ta biến đổi như sau:a =dp=dρdp1 =d ÷vVới giả thiết dòng là đoạn nhiệt, ta có:pv k = const = C⇒dpdv =− 2v−v 2 dpdvp = Cv − kNguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT1Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khídp= − k 2Cv − k −1dv⇒a = −v 2 ( −k ) pv kDo đó:1vk +1a = kpvVới dòng khí lí tưởng, thay pv = RT ta được:a = kRTVới không khí k = 1,4 , R = 287 J/(kg.K) thì a ≈ 20,1 TNhận xét:- Tốc độ âm thanh của khí lí tưởng chỉ phụ thuộc tính chất chất khí và nhiệt độ. Tốc độ âmthanh là một thông số trạng thái.- Theo biểu thức định nghĩa tốc độ âm thanh thì tốc độ âm thanh của của chất lỏng lớn hơn tốcđộ âm thanh của chất khí và nhỏ hơn tốc độ âm thanh của chất rắn.• Số Mach: Số Mach là tỉ số giữa tốc độ dòng với tốc độ âm thanh.ωM=aNhận xét:- Số Mach là thông số trạng thái của dòng và là đại lượng không thứ nguyên.- Số Mach đặc trưng cho tính nén của dòng.+ Dòng có tốc độ nhỏ ( M ≤ 0,3) có thể bỏ qua tính nén. Khi đó các dòng có số Mach bằngnhau sẽ có tính nén như nhau.+ Dòng có M < 1 là dòng dưới âm, dòng có M = 1 là dòng bằng âm và dòng có M > 1 làdòng vượt âm.4.1.2. Các phương trình dòng chảya. Phương trình liên tụcG = Fωρ = constG là lưu lượng khối lượng (kg/s); F là diện tích tiết diện dòng chảy (m 2); ω là tốc độ dòng tại tiếtdiện dòng chảy (m/s); ρ là khối lượng riêng môi chất chảy tại tiết diện dòng chảy (kg/m 3).Lưu lượng thể tích:Q = FωVi phân phương trình liên tục nhận được:Fω d ρ + F ρ dω + ωρ dF = 0Chia cả hai vế cho Fωρ ta nhận được:dF dω d ρ++=0FωρĐây là dạng vi phân của phương trình liên tục.b. Phương trình cân bằng năng lượngDòng lưu động là một hệ hở nên theo định luật nhiệt động I, quá trình lưu động thỏa mãn cácphương trình sau: ω2 dq = di + dlkt và dq = di + d  ÷ 2 Với quá trình hữu hạn:q = ∆i + lktvàq = ∆i +∆ω 22Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT2Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khí ω2 ∆ω 2dl=dVậy: ÷ và lkt =kt2 2 Công kĩ thuật làm thay đổi động năng của dòng.c. Phương trình động lượngVới giả thiết dòng lưu động là dòng khí lí tưởng ta có:dlkt = −vdp = ωdω− dp = ρωd ω⇒Đây là phương trình động lượng của dòng chảy ở dạng vi phân.Nhân cả hai vế với diện tích F , ta có:− Fdp = F ρωdωDo: − Fdp = dP là lực bên ngoài tác dụng vào dòng chảy ta nhận được:− dP = GdωP1 − P2 = G (ω2 − ω1 )⇒Vì P1 = P2 nên phản lực của vật bay được xác định theo biểu thức:R = − P2 = G (ω2 − ω1 )Nếu ω1 = ω2 , có thể bỏ qua ω1, biểu thức trên có dạng:R = GωĐây là phương trình động lượng của dòng chảy.Như vậy xung lực tác dụng vào dòng làm thay đổi động năng của dòng.Có thể ứng dụng phương trình động lượng để tính lực đẩy cho động cơ phản lực và động cơ tên lửa.4.1.3. Dòng khí đoạn nhiệta. Phương trình năng lượng của dòng khí đoạn nhiệt thuận nghịchPhương trình năng lượng ở dạng vi phân của quá trình đoạn nhiệt có dạng:di + ωdω = 0di = −ωdωhayTích phân hai vế, ta có:∫ di = −∫ ωdωω2i=−+C⇒2ω2i+= const⇒2Đây là phương trình năng lượng của dòng khí đoạn nhiệt.• Phương trình Becnuli:Áp dụng phương trình định luật nhiệt động I cho dòng khí đoạn nhiệt ta có:di = vdpVì dòng khí là đoạn nhiệt nên thỏa mãn phương trình:pv k = C = const⇒p = Cv − k⇒dp = d Cv − k = − kCv − k −1dv⇒di = − kCv − k dv⇒v − k +1i = ∫ di = − ∫ kCv dv = −kC+C−k + 1()kNguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT3Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khíThay C = pv k , nhận được:v − k +1k+C =pv + C−k + 1k −1kω2Như vậy, ta có:pv += constk −12k p ω2+= consthoặck −1 ρ 2Đây chính là phương trình Becnuli, một trường hợp đặc biệt của phương trình cân bằng nănglượng đối với dòng khí đoạn nhiệt.c. Trạng thái hãm, thông số hãm• Định nghĩa:- Trạng thái hãm là trạng thái ở đó dòng có tốc độ bằng không.- Thông số hãm là thông số của dòng ở trạng thái hãm.• Một số thông số hãm của dòng:Entalpy hãm: Phương trình năng lượng của dòng viết cho trạng thái hãm và trạng thái bất kỳ:ω2ω2i0 + 0 = i +222ωi0 = i += const⇒2Nhiệt độ hãm: Từ biểu thức nhận được nhiệt độ hãm của dòng, ta có thể viết:ω2C pT0 = C pT +22ωT0 = T +⇒2C pi = −kpv k k − 1 ω2  k − 1 ω2 k −1 2T0 = T +ω = T 1 +÷ = T 1 +÷2kR2 kRT 2 a2  k −1 2 T0 = T  1 +M ÷⇒2Biểu thức xác định nhiệt độ hãm cho thấy nhiệt độ hãm có giá trị lớn hơn nhiệt độ của dòng.Biểu thức xác định nhiệt độ hãm của dòng có ý nghĩa:- Là cơ sở để xác định độ bền nhiệt cho các thiết bị bay ở tốc độ lớn.- Là cơ sở để xác định chính xác nhiệt độ của dòng khi sử dụng dụng cu đo nhiệt độ trực tiếp.Áp suất hãm:Từ phương trình năng lượng dạng vi phân của dòng khí, ta nhận được:dp−= ωd ωρ* Khi dòng không có tính nén ( ρ = const ) , lấy tích phân, ta có:p ω2+= constρ 2Nếu viết cho hai trạng thái hãm và trạng thái bất kỳ của dòng, ta được:p0 p ω 2= +ρ ρ 2kR nên:Vì C p =k −1⇒p0 = p +ρω 2= const2Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT4Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khí ρω 2 Vậy, áp suất hãm là tổng áp suất tĩnh (p) và áp suất động ÷ không thay đổi trong dòng 2 đoạn nhiệt.* Khi dòng có tính nén, từ biểu thức xác định nhiệt độ hãm: k −1 2 T0 = T  1 +M ÷2T0k −1 2=1+M⇒T2Từ quan hệ giữa các thông số trạng thái của quá trình đoạn nhiệt, ta có:k −1T0  p0  k=T  p ÷kp0  T0  k −1= ÷p T ⇒k k − 1 2  k −1⇒p0 = p  1 +M ÷2Biểu thức xác định áp suất hãm cho thấy áp suất hãm có giá trị lớn hơn rất nhiều áp suất củadòng, đặc biệt là khi dòng có tốc độ lớn.Biểu thức xác định nhiệt độ hãm của dòng có ý nghĩa là cơ sở để xác định độ bền cơ cho cácthiết bị bay ở tốc độ lớn.4.1.4. Tăng tốc và tăng áp hình học cho dòng chảy đoạn nhiệta. Quan hệ giữa các thông số trong dòng đoạn nhiệt• Quan hệ giữa sự thay đổi tốc độ với sự thay đổi áp suất:Ta đã biết:ωd ω = −vdpdp và dω luôn luôn ngược dấu nhau, có nghĩa là khi tốc độ tăng thì áp suất giảm, và ngược lạikhi tốc độ giảm thì áp suất tăng.• Quan hệ giữa sự thay đổi tốc độ và sự thay đổi tiết diện:Từ phương trình vi phân liên tục:dF dω d ρ++=0Fωρ* Trường hợp dòng không bị nén ( ρ = const ) , khi đó d ρ = 0 , ta có:dF dωdωdF+= 0 hay=−FωωFĐiều này có nghĩa là: với dòng không nén được, tốc độ dòng tăng khi tiết diện dòng giảm vàngược lại khi tiết diện dòng tăng thì tốc độ dòng giảm.* Trường hợp dòng có tính nén:dp= a 2 , ta có:Nhân hai vế vớidρdp dF dp dω dp d ρ.+.+.=0dρ Fdρ ωdρ ρdFdω dpa2+ a2+=0⇒Fωρdp= −ωdω , ta có:ThayρdFdωa2+ a2− ωd ω = 0FωNguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT5Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khíω 2 − a 2 dω dF.=ωFa2dω1dF= 2 .⇒ω M −1 FBiểu thức này biểu thị quan hệ giữa tiết diện và tốc độ dòng khí đoạn nhiệt:Khi M < 1 : Trường hợp này giống như đối với dòng không có tính nén.Khi M > 1 : Khi tiết diện dòng chảy nhỏ dần tốc độ của dòng trong ống giảm và ngược lại nếutiết diện dòng lớn dần thì tốc độ của tăng.b. Sơ đồ tăng tốc, tăng áp hình học⇒M1 < 1ω↑M1 < 1M2 > M1ω↓M2 < M1↑p↓M1 > 1ω↓pM1 > 1M2 < M1↑pω↑M2 > M1p↓Quan hệ giữa tiết diện và tốc độ dòng khí đoạn nhiệt4.1.5. Các loại ống tăng tốca. Ống tăng tốc nhỏ dầnỐng tăng tốc nhỏ dần chỉ làm việc được với môi chất không nén được hoặc môi chất nén đượctrong phạm vi M < 1 .• Tốc độ ra của dòng:Từ phương trình định luật nhiệt động I áp dụng cho dòng đoạn nhiệt, ta có:dlkt = − di = ωdωω22 − ω122⇒lkt = i1 − i2 =⇒ω2 = 2lkt + ω12 = 2(i1 − i2 ) + ω12Thông thường ω1 = ω2 vì vậy có thể bỏ qua ω1 , ta có:ω2 = 2lkt = 2(i1 − i2 )Như vậy tốc độ dòng khí đoạn nhiệt phụ thuộc biến thiên entalpy.Mặt khác theo quá trình đoạn nhiệt, với khí lí tưởng, ta có:k −1kkp2lkt = kl =p1v1 1 −  ÷   p1  k −1⇒k −12kp2 k ω2 =p1v1 1 −  ÷  p1  k −1Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT6Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khík −1k2kp2ω2 =RT1 1 −  ÷   p1  k −1hayNhận xét: Tốc độ dòng khí phụ thuộc tính chất chất khí, phụ thuộc trạng thái ban đầu và mứcp2độ dãn nở β =gọi là tỉ số giảm áp.p1Khi áp suất p2 giảm hay áp suất ban đầu tăng, mức độ ωp2dãn nở β =giảm, tốc độ dòng ra khỏi ống tăng lên. ωmaxp1kk −1Khi β = β th = pth  2 ÷(với không khí β = 0,528) ,p1  k + 1 tốc độ ra khỏi ống bằng tốc độ âm thanh, dòng đạt đượctrạng thái tới hạn có tốc độ tới hạn xác định theo biểu thức:ωth = 2(i1 − ith )hoặcωth =ωthβth02kp1v1k +11βQuan hệ giữa ω và β2kRT1k +1Nếu β → 0, tốc độ cửa ra đạt giá trị lớn nhất:2kωmax =p1v1k −1Trong thực thế, đối với ống tăng tốc nhỏ dần, β không thể giảm đến 0, mà chỉ giảm đến βth, nênvận tốc dòng cũng chỉ có thể tăng từ không đến vận tốc tới hạn ωth mà không thể đạt được ωmax.• Lưu lượng của dòng qua ống:Lưu lượng dòng khí qua ống được xác định theo phương trình liên tục tại tiết diện ra của ống:FωG= 2 2v2Thay biểu thức tốc độ ω2 vào ta có:hayωth =FG= 2v2k −1k2kp2p1v1 1 −  ÷   p1  k −11kTheo quá trình đoạn nhiệt: 1 = 1  p2 ÷v2 v1  p1 1Do đó:F  p kG= 2 2÷v1  p1 = F2k −1k2kp2p1v1 1 −  ÷   p1  k −1k −1 p2  k 1  p22kp1v1 1 −  ÷ ÷  p1  v12  p1  k − 12kNguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT7Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khíhayG = F2= F222k −1p1v1 2k  p2  k  p2  k  p2  k . ÷ −  ÷ . ÷v12 k − 1  p1   p1   p1  = F22k +1k2k p1  p2p2 k . ÷ − ÷ k − 1 v1  p1  p1  2k +12k p1  k. β − β k k − 1 v1 mmmax- Như vậy lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc vào diệntích tiết diện ống, bản chất của môi chất, thông số ban đầu vàmức độ dãn nở của môi chất.- Với ống xác định và môi chất với các thông số ban đầu xácđịnh, lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc mức độ dãn nở củamôi chất (hình vẽ).Bằng cách khảo sát toán học thông thường với hàmG = f ( β ) . Ta dễ dàng nhận được biểu thức xác định lưu lượng0βthβ1Quan hệ giữa lưu lượngvà tỉ số giảm ápklớn nhất Gmaxtại giá trị β th =  2 ÷k −1 . k +12Gmax = F22k p1  2  k −1 ; kg/s. ×÷k + 1 v1  k + 1 Lưu ý: Để xác định tốc độ ω2 (hoặc ωth) và lưu lượng G (hoặc Gmax) ta cần biết thông số môichất ở cửa ra (p2), nhưng thường người ta chỉ đo được áp suất của môi trường sau ống (pmt). Vì vậyta phải biết xác định p2 theo pmt như sau:pmt> β th lấy p2 = pmtKhi:p1pmt= β th lấy p2 = p2′ = pmtp1pmt< β th lấyp1p2 = β th . p1 > pmtb. Ống tăng tốc hỗn hợpỐng tăng tốc hỗn hợp tạo dòng vượt âm từ tốc độban đầu dưới âm.• Vận tốc ra của dòng:- Vận tốc ở cửa ra của ống:ω2 = 2lkt ; m/shayω2 = 2(i1 − i2 )hoặck −1k2kp2ω2 =p1v1 1 −  ÷   p1  k −1F1F2Fminωpp1ωω2pap2a2ω1F1FminF2Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT8Ống tăng tốc Laval và sự thay đổi áp suất p,tốc độ ω và tốc độ âm thanh a dọc theo ốngChương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khík −1k2kp2ω2 =RT1 1 −  ÷ hay  p1  k −1- Vận tốc ở cổ ống (nơi có tiết diện Fmin ) có thể được tính theoωth = 2(i1 − ith ) ; m/shoặcωth =2kp1v1k +12kRT1k +1- Vận tốc cực đại ở cửa ra của ống có thể đạt được khi β → 0hayωth =ωmax =2kp1v1 ; m/sk −1• Lưu lượng dòng khí qua ống:Lưu lượng dòng khí qua ống Laval bằng lưu lượng dòng khí qua phần nhỏ dần ở chế độ có tốcđộ bằng tốc độ tới hạn là lưu lượng tới hạn. Lưu lượng qua ống tăng tốc Laval2G = Fmin2k p1  2  k −1 ; kg/s. ×÷k + 1 v1  k + 1 Lưu lượng dòng khí qua ống phụ thuộc tính chất chất khí (k), phụ thuộc trạng thái dòng đi vàoống ( p1 , v1 ).• Các chế độ làm việc của ống tăng tốc hỗn hợp:Ống tăng tốc Laval có thể phải làm việc ở nhiều chế độ khác nhau. Sự phân bố áp suất ở cácchế độ làm việc khác nhau ở hình vẽ.- Chế độ tính toán là chế độ lí tưởng, là chế độ làm việc có áp suất tại cửa ra của ống bằng ápsuất môi trường tại cửa ra ( p2 = pmt ).- Chế độ dưới tới hạn là chế độ lưu lượngdòng chảy nhỏ hơn lưu lượng tới hạn, là chếlàm việc có áp suất môi trường nhỏ hơn ápsuất tính toán ở tiến diện ra ( p2 > pmt ). Dòngra khỏi ống tiếp tục dãn nở trong môi trườngdồn nén cục bộ môi trường tạo nên nhữngsóng nén và sóng dãn nở làm cho dòng daođộng.- Chế độ trên tới hạn có mặt tăng nhảy vọtchế độ làm việc có áp suất môi trường lớn hơnsuất tính toán ở tiết diện ra ( p2 < pmt ). Dòngchảy vượt âm gặp môi trường có áp suất lớnhơn sẽ xuất hiện mặt tăng nhảy vọt thẳng, ápsuất môi trường càng tăng mặt tăng nhảy vọtcàng dịch chuyển vào trong ống. Khi mặt tăngdịch chuyển đến tiết diện cực tiểu ống Lavalp1ppvkhípthpmtpiF1Fminp2F2làápSự phân bố áp suất theo các chế độ làmviệc trong ống Lavalp1 pth p2: chế độ tính toán;p1 pth p : chế độ tới hạn;p1 pv p : chế độ dưới tới hạn;p1 pi pmt: chế độ trên tới hạn có mặt tăngnhảy vọt trong ống.Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT9Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khílàm việc ở chế độ tới hạn phần nhỏ dần tăng tốc đến tốc độ âm thanh, phần lớn dần tăng áp khôiphục lại áp suất.Những chế độ làm việc khác tính toán làm cho dòng dãn nở đoạn nhiệt không thuận nghịch gâyra tổn thất không thuận nghịch. Để giảm tổn thất không thuận nghịch ống Laval thực tế có thêm bộphận điều chỉnh chế độ làm việc đưa chế độ làm việc tiến tới chế độ lí tưởng theo tính toán.Ngoài mục đích làm ống tăng tốc để tạo dòng vượt âm, ống Laval còn được sử dụng để hãmdòng khí vượt âm, làm nhiệm vụ tăng áp đầu vào của động cơ phản lực những thiết bị bay vượt âm.⇒dD4.2. Quá trình tiết lưua. Khái niệmQuá trình tiết lưu là quá trình dòng chảy đi qua tiết diện co hẹp đột ngột.Quá trình tiết lưu trong thực tế là quá trình dòng khí qua van, qua khe hẹp để điều chỉnh lưulượng và các thông số trong dòng.b. Đặc điểm của quá trình+ Ở quá trình tiết lưu, áp suất giảm dần đạt giá trị cực tiểu tại tiết diện co hẹp sau đó tăng dầnđể đạt áp suất ổn định p2 . Đặc trưng cho quá trình tiết lưu là độ giảm áp ∆p = ( p1 − p2 ) , độ giảmáp trong quá trình tiết lưu phụ thuộc tính chất chất khí, trạng thái ban đầu và độ co hẹp của tiết diện.Nguyên nhân áp suất giảm là vì khi tiết lưu bao giờ cũng tạo thành xoáy, ma sát rất mạnh, gâytổn thất năng lượng của dòng. Như vậy quá trình tiết lưu là quá trình không thuận nghịch.+ Quá trình tiết lưu tiến hành rất nhanh, nhiệt lượng traođổi giữa dòng môi chất và môi trường nhỏ không đáng kể soω1ω2với năng lượng của dòng, nên quá trình tiết lưu có thể xem làquá trình đoạn nhiệt.Như vậy quá trình tiết lưu là quá trình đoạn nhiệt khôngpthuận nghịch.i1i2 = i1+ Tốc độ dòng trước và sau tiết lưu là như nhau, mặc dùtại tiết diện co thắt, ban đầu tốc độ dòng có tăng, nhưng sau đóp1tốc độ dòng lại giảm (hình vẽ).p2 < p1Như vậy quá trình tiết lưu không sinh công kĩ thuậtω1ω2∆ω 2lkt ==02+ Theo định luật nhiệt động I ta có:Quá trình tiết lưuq = ∆i + lkt = 0i1 = i2 = i = constVới khí lí tưởng:i = C pT = const⇒ T = constNhiệt độ của khí lí tưởng không thay đổi trong quá trình tiết lưu. Quá trình tiết lưu của khí lítưởng là quá trình đẳng nhiệt.+ Do quá trình tiết lưu là quá trình đoạn nhiệt không thuận nghịch nên quá trình này khôngphải là quá trình đẳng entropy. Với khí lí tưởng, biến thiên entropy trong quá trình tiết lưu là biếnthiên entropy trong quá trình đẳng nhiệt có cùng trạng thái đầu và cuốip∆s = R ln 1p2Vì p1 > p2 nên ∆s > 0 . Độ tăng entropy trong quá trình tiết lưu càng lớn khi tỷ số giữa áp suấttrước và áp suất sau càng tăng, mức độ không thuận nghịch càng lớn.Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT10Chương 4 - Những quá trình đoạn nhiệt cơ bản của dòng khíc. Hiệu ứng Joule-ThomsonĐối với khí lí tưởng, nhiệt độ trước và sau quá trình tiết lưu là không đổi. Tuy nhiên điều nàykhông đúng với khí thực.Từ thực nghiệm Joule-Thomson xác lập được điều kiện thay đổi nhiệt độ trong quá trình tiết lưugọi là hiệu ứng Joule-Thomson:∂T α =÷ ∂ p iNhiệt độ khí thực để hệ số hiệu ứng Joule-Thomson bằng không gọi là nhiệt độ chuyển biến.Nhiệt độ chuyển biến của khí thực là nhiệt độ mà thể tích bản thân phân tử chất khí bắt đầu ảnhhưởng đến nội năng của nó. Có thể định nghĩa nhiệt độ chuyển biến là nhiệt độ giới hạn chất khí cóthể bị lạnh đi khi tiết lưu. Đa số các khí thực có nhiệt độ chuyển biến cao hơn nhiệt độ thôngthường.Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường, nếu trước khi tiết lưu nhiệt độ chất khí T1 bằngnhiệt độ chuyển biến Tcb , nhiệt độ sau tiết lưu T2 bằng nhiệt độ trước tiết lưu ( T2 = T1 ). Nếu nhiệt độtrước tiết lưu lớn hơn nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sau tiết lưu lớn hơn nhiệt độ trước tiết lưu, tiếtlưu làm tăng nhiệt độ ( T2 > T1 ). Nếu nhiệt độ trước tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ chuyển biến, nhiệt độ sautiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ban đầu ( T2 < T1 ), tiết lưu làm giảm nhiệt độ.Như vậy, ở quá trình tiết lưu giữa sự thay đổi áp suất và sự thay đổi nhiệt độ có quan hệdT = α dpKhi α > 0 , dT < 0 vì quá trình tiết lưu luôn có dp < 0 , tiết lưu làm lạnh chất khí ( T2 < T1 ).Khi α < 0 , dT > 0 tiết lưu làm nóng chất khí ( T2 > T1 ). Khi α = 0 , tiết lưu không làm thay đổinhiệt độ chất khí.Quá trình tiết lưu của khí thực đã được Joule-Thomson nghiên cứu bằng thực nghiệm. Từ thựcnghiệm nhận thấy đa số các khí thực bị lạnh đi do quá trình tiết lưu trong điều kiện nhiệt độ thôngthường nhỏ hơn 600oC và áp suất thông thường nhỏ hơn 6 bar, nhưng hiđro và heli lại ngược lại.c. Ý nghĩa của quá trình tiết lưuTuy rằng tiết lưu thường là hiện tượng có hại (gây tổn thất năng lượng của dòng), nhưng vớihiệu ứng Joule-Thomson, người ta đã ứng dụng tiết lưu trong kĩ thuật lạnh.Hiện tượng tiết lưu còn được ứng dụng trong thiết bị đo lưu lượng thể tích của dòng.V = f ( ∆p ) .Nguyễn Trung Định - BÀI GIẢNG KĨ THUẬT NHIỆT11

Tài liệu liên quan

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA ĐIỀU KHIỂN SỐ
- 211
- 2
- 4
CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CƠ BẢN VÀ KINH NGHIỆM
- 29
- 306
- 0
CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CƠ BẢN VỀ DỊCH VỤ GIAO NHẬN HÀNG HÓA XUẤT NHẬP KHẨU
- 37
- 858
- 0
Chương 4: Đặc tính các thành phần cơ bản của hệ thống
- 81
- 1
- 5
Các định luật cơ bản của động lực học
- 89
- 742
- 5
Tài liệu Những đặc điểm công nghệ cơ bản của một số thép khi cán pdf
- 6
- 694
- 5
Tài liệu Giáo trình cơ khí: Một số tính năng kỹ thuật cơ bản của động cơ Diezel ppt
- 79
- 959
- 3
Tài liệu Tổng quan về thực nghiệm và một số tính năng kỹ thuật cơ bản của động cơ Diesel doc
- 79
- 724
- 0
Tài liệu Các định luật cơ bản của động lực học doc
- 7
- 851
- 1
Tài liệu Phương trình trạng thái và các quá trình nhiệt động cơ bản của chất khí pdf
- 32
- 25
- 537