Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика
Контрольная работа
Теплотехника
Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Электромагнетизм
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Проектирование электропривода
Энеpгия электpического поля
Электроника
Ядерная физика
История создания и развития
ядерной индустрии
Элементарные частицы
Теория относительности
Измерение заряда электрона
Ионизирующие излучения
Теория рассеяния альфа-частиц
в веществе
Ядерные реакции
Периодическая система элементов
Математика
Контрольная
Примеры решения интегралов
Высшая математика в экономике
Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Графика
Архитектура
Курс лекций по истории искусства
Эпоха Возрождения
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Информатика
Лабораторные работы
Курс лекций по информатике
Локальная сеть

Основные уравнения стационарного поточного процесса. В машинах и аппаратах технических устройств, например, в турбинах, компрессорах, насосах, теплообменниках, трубопроводах и др., как правило, осуществляется стационарное течение одного или нескольких потоков газа или жидкости. При термодинамическом исследовании подобных систем их заключают в контрольное пространство (рис. 3) и применяют для описания процессов основные уравнения термодинамики и механики одномерного течения.

 При стационарном течении масса рабочего тела т в контрольном пространстве не изменяется во времени. Следовательно, массовый расход   через любое сечение канала является постоянной величиной (кг/с):

, (32)

где  - среднерасходная скорость, м/с;  - площадь поперечного сечения канала, м2.

 

Рис.2 – Изображение процесса в p, v- и T, s- координатах.

Рис. 3 – Схема стационарного поточного процесса через контрольное пространство

 Уравнение I закона термодинамики для рассматриваемой системы, с учетом зависимостей (3) - (7), имеет вид Вт

, (33)

где  - полная энтальпия выделенного элемента рабочего тела массой

*(см. рис.3), Дж/кг; * - потенциальная энергия поля гравитации, Дж/кг;  - подводимый (отводимый) тепловой поток через боковые поверхности контрольного пространства к рабочему телу на участке 12, Вт;  - техническая мощность (работа вала турбины, компрессора и др.), передаваемая через контрольное пространство, Вт.

 Для стационарного поточного процесса:

, , (34)

где ,  - удельные величины тепла и технической работы, подводимые (отводимые) к 1кг рабочего тела при перемещении его между сечениями 1-1 и 2-2, Дж/кг.

 Следовательно, для 1кг рабочего тела (подвижная закрытая система):

. (35)

 Подводимую к 1кг рабочего тела в сплошном потоке техническую работу вала (или электроэнергии) в термодинамике определяют, используя закон сохранения механической энергии: техническая работа затрачивается в общем случае на повышение потенциальной и кинетической энергии, а также на преодоление сил вязкого трения, т.е.

. (36)

 Замыкают систему уравнений выражение II закона термодинамики:

, (37)

а также уравнение состояния, например, уравнение (2).

 Пример 5. Установить изменение параметров идеального газа при стационарном адиабатном течении в канале постоянного сечения.

 При небольших (дозвуковых) скоростях потока кинетической и потенциальной гравитационной энергиями можно пренебречь: .

 Так как обмен энергией между потоком и внешней средой в данном случае отсутствует (), то из уравнения (35) следует, что: .

 С учетом (30), получим: .

 Интегрирование уравнения (36) при указанных приближениях дает

,

где  - средняя плотность газа на рассматриваемом участке канала;

 - гидравлическое сопротивление, определяемое обычно как часть кинетической энергии потока (, где  - коэффициент сопротивления).

 Если величина  известна, то согласно (23), повышение энтропии

.

 Из II закона (21) при адиабатном течении имеем

.

 Следовательно, .

 Плотность идеального газа определяется по уравнению состояния:

.

 Скорость течения, согласно (31), для канала постоянного сечения зависит от плотности газа, т.к.

.

 В данном случае давление по потоку падает, а скорость увеличивается.

 Дросселирование. Если на пути движения потока газа, пара или жидкости имеется резкое сужение сечения канала (приоткрыт вентиль, диафрагма с небольшим отверстием и др.), которое создает местное сопротивление потоку, то непосредственно за сужением сечения скорость потока резко возрастает, а давление падает. На некотором расстоянии за сужением скорость уменьшается до первоначальной, а давление из-за потерь на завихрение восстанавливается не полностью.

 Явление понижения давления потока при прохождении через местное сопротивление без совершения внешней работы называется дросселированием.

 Согласно уравнению I закона (35), при отсутствии теплообмена () и технической работы () для горизонтального потока ()

.

 Так как после дросселирования изменение скорости потока мало и им можно пренебречь, то .

 Также как и при адиабатном течении идеального газа (см. пример 4), при дросселировании идеального газа его температура не изменяется. При дросселировании реального газа его температура может меняться: уменьшаться, увеличиваться или оставаться неизменной в зависимости от его состояния. Для любого реального газа существует кривая инверсии. Для параметров газа внутри кривой характерно понижение температуры при дросселировании, а для параметров газа вне кривой – повышение.

 Задачи, связанные с дросселированием, проще всего решаются при помощи h, s – диаграммы состояния: основное условие дросселирования   определяет конечное состояние на изобаре конечного давления .

 Несмотря на термодинамическую неэффективность процесса дросселирования, из-за простоты конструкции и эксплуатации это явление используется в технике для получения низких температур.

На главную