14 Истечение газов и паров

14.1 Воздух из резервуара с постоянным давлением р1=10 МПа и температурой t1=15ºC вытекает в атмосферу через трубку с внутренним диаметром 10 мм.

Найти скорость истечения воздуха и его секундный расход. Наружное давление принять равным 0,1 МПа. Процесс расширения воздуха считать адиабатным.

Ответ: ωкр=310 м/с, Мmax=1,87 кг/с.


14.2 В резервуаре, заполненном кислородом, поддерживают давление р1=5 МПа. Газ вытекает через суживающее сопло в среду с давлением 4 МПа. Начальная температура кислорода 100ºС.

Определить теоретическую скорость истечения и расход, если площадь выходного сечения сопла f=20 мм². Найти также теоретическую скорость истечения кислорода и его расход, если истечение будет происходить в атмосферу. В обоих случаях считать истечение адиабатным. Барометрическое давление принять равным 0,1 МПа.

Ответ: ω=205 м/с, М=0,175 кг/с, ωкр=336 м/с, Мmax=0,22 кг/с.


14.3 Воздух при постоянном давлении р1=6 МПа и t=27ºC вытекает в среду с давлением р2=4 МПа.
Определить теоретическую скорость и конечную температуру при адиабатном истечении.
Ответ: ω=257 м/с, t2=-6ºC.


14.4 Через сопло форсунки компрессорного двигателя с воспламенением от сжатия подается воздух для распыливания нефти, поступающей в цилиндр двигателя. Давление воздуха р1=5 МПа, а его температура t1=27ºC. Давление сжатого воздуха в цилиндре двигателя р2=3,5 МПа.

Определить теоретическую скорость адиабатного истечения воздуха из сопла форсунки.

Ответ: ω=241 м/с.


14.5 Найти теоретическую скорость адиабатного истечения азота и секундный расход, если р1=7 МПа, р2=4,5 МПа, t1=50ºC, f=10 мм².

Ответ: ω=282 м/с, М=0,148 кг/с.


14.6 Воздух при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1=15ºC вытекает из резервуара.

Найти значение p2, при котором теоретическая скорость адиабатного истечения будет равна критической, и величину этой скорости.

Ответ: р2кр=0,0528 МПа, ωкр=310 м/c.


14.7 (Вариант 79) К соплам газовой турбины подводятся продукты сгорания при давлении р1 и температуре t1. Давление за соплами p2. Расход газа, отнесенный к одному соплу, G. Определить размеры сопла и скорость газа в выходном сечении. Истечение считать адиабатным. Принять, что продукты сгорания обладают свойствами воздуха. Данные, необходимые для решения задачи, взять из табл.8.

Таблица 8

р1, МПаt1, ºCр2, МПаG, кг
0,857200,0931650

Ответ: dmin=23,1 мм, d=31,4 мм, l=47,4 мм.

Варианты задачи: 42, 55, 74, 09, 25, 34, 76, 81, 97, 50.


14.8 К соплам газовой турбины подводятся продукты сгорания топлива при давлении р1=1 МПа и температуре t1=600ºC. Давление за соплами р2=0,12 МПа. Расход газа, отнесенный к одному соплу, М=1440 кг/ч.

Определить размеры сопла. Истечение считать адиабатным. Угол конусности принять равным 10º. Принять, что продукты сгорания обладают свойствами воздуха.

Ответ: dmin=19,4 мм, d=25,0 мм, l=32,0 мм.


14.9 (Вариант 32) Определение скорости истечения водяного пара из сопловых устройств

Определить теоретическую скорость истечения водяного пара из суживающегося сопла и из сопла Лаваля. Начальные давление и температура пара: p1 и t1 (табл.1). Давление среды, в которую происходит истечение пара, p2 (табл.2).

Таблица 1

ПоказателиЗначение
Давление (абс.) р1, МПа1,6
Температура t1, ºC350

Таблица 2

ПоказателиЗначение
Давление р2, МПа0,05

К решению задачи приложить изображения адиабатных процессов истечения пара из сопловых устройств в диаграмме h-s.

Дать эскизы профилей суживающегося сопла и сопла Лаваля.

Ответить в письменном виде на следующие вопросы:

1 При каких условиях возникает критическая скорость истечения газа (пара)?

2 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при p22кр.

3 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при p2≤р2кр.

4 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из сопла Лаваля при p22кр.

Ответ: ω2кр=562 м/c, ω2=1013 м/c.

h-s — диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче

Варианты задачи: 1, 09.

Методичка по технической термодинамике

Заказать решение другого варианта этой задачи !


14.10 (Вариант 68) Воздух при давлении р0 и температуре Т0 вытекает через сопло в среду с давлением р1. Секундный расход воздуха G=0,2 кг/c.

Процесс истечения через сопло считать обратимым адиабатным (изоэнтропийным) расширением. Кроме того, известно, что для воздуха газовая постоянная R=287 кДж/(кг·К), показатель адиабаты k=cp/cυ=1,4.

Определить:

1 Форму канал сопла.

2 Удельный объем и теоретическую скорость истечения в минимальном (υкр и скр) и выходном (υ1 и с1) сечением сопла.

3 Размеры сопла: площадь fmin и диаметр dmin минимального сечения (горла) сопла; площадь f1 и диаметр d1 выходного сечения и длину расширяющейся части сопла l (угол конусности расширяющейся части сопла принять δ=10º).

Изобразить сопло в масштабе.

Длину суживающейся части сопла взять равной dmin (из конструктивных соображений).

Величину p0 выбрать из табл.10 по последней цифре шифра, а величины T0 и p1 — по предпоследней цифре шифра.

Таблица 6

р0, МПаT0, Kр1, МПа
1,45300,13

Ответ: υ0=0,109 м³/кг, υ1=0,595 м³/кг, ркр=0,739 МПа, υкр=0,172 м³/кг, с1=726 м/c, скр=422 м/c, fmin=0,82·10-4 м², f1=1,64·10-4 м², dmin=0,010 м, d1=0,015 м, l=0,029 м.