Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Примеры решения задач по физике
Кинематика
Движение материальной точки
Основное уравнение динамики
Законы сохранения импульса и энергии
Динамика вращательного движения
Механические колебания
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электричество
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Описание теплопроводности
Теплоотдача в жидкостях и газах
Теплоотдача при фазовых переходах
Тепловое излучение
Теплообменные аппараты
  Кинематика поступательного движения
Электростатика

 

Пример 6. Вода в трубах теплообменного аппарата в количестве 25 кг/с при начальном давлении 1 бар подогревается от 20 до 27 . Определите тепловой поток, подводимый к воде, если давление на выходе из труб снижается на 5%.

 Согласно уравнению (33) при  тепловой поток

.

 Воду можно считать несжимаемой жидкостью . В этом случае разность энтальпий

 

 Вторая составляющая, учитывающая изменение энтальпии за счет изменения давления, пренебрежимо мало.

 Подводимый тепловой поток .

 Течение газа в соплах и диффузорах. Истечением называется ускоренное движение газа через относительно короткие каналы особой формы – сопла (конфузоры), в которых давление по направлению потока падает. В диффузорах за счет снижения скорости давление по направлению потока увеличивается. В этих каналах время пребывания потока незначительное и поэтому теплообменом между потоком и внешней средой можно пренебречь, т.е. течение адиабатное (). Так как техническая работа в потоке отсутствует, то уравнение I закона (32) при стационарном течении переходит в уравнение сохранения полной энтальпии. Для потока газа  и

. (38)

 В уравнение (33) в явном виде не входит диссипация , что позволяет для соответствующего равновесного (согласно  закону (21), адиабатный равновесный процесс является изоэнтропным:) течения записать

 (39)

 Реальное истечение всегда сопровождается диссипативными явлениями вязкого трения и др. Вследствие этого, действительная скорость истечения  меньше теоретической , т.е.

 (40)

где -скоростной коэффициент сопла (в зависимости от профиля и чистоты обработки ).

 С учетом (39) и (40), скорость истечения

  (41)

 В суживающихся соплах можно ускорить поток газа только до скорости равной местной скорости звука. При этом перепад давления   достигает критического

значения  (для двухатомных газов, а для трехатомных и выше ) и не меняется при повышении  или снижения давления окружающей среды  за соплом. Для полного расширения потока и перехода через скорость звука при  необходимо применять комбинированное сопло Лаваля.

 Переход от равновесного к реальному течению в диффузоре (при звуковом течении диффузор-это плавно расширяющийся канал; оптимальный угол конусности 6-8о ) в расчетах обеспечивается обычно введением изоэнтропного к.п.д.

  (42)

 Пример 7. Водяной пар с начальным давлением МПа и температурой  вытекает в атмосферу с давлением   МПа. Определить скорость истечения  через суживающееся и комбинированное (расширяющиеся) сопло, если в обеих случаях коэффициент скорости

 Процесс истечения реализуется в области перегретого пара и поэтому . Так как   и , то в суживающимся канале сопла будет достигнута скорость близкая к критической и  МПа.

 Пренебрегая скоростью  на входе в сопло и используя -диаграмму (приложение Н), определим энтальпии h1 (p1, t1) и и рассчитаем скорость истечения из суживающегося сопла по формуле (41):  м/с.

 Для комбинированного сопла , т.к. давление  в выходном сечении в расчетном режиме совпадает с давлением окружающей среды. Расчет по формуле (41) дает: м/с.

 Рабочие процессы в машинах. Установившейся режим работы компрессоров, турбин, различных нагнетателей, насосов и др. характеризуется стационарным течением газа или жидкости с подводом или отводом технической работы. Обычно кинетической энергией потока на границах контрольного пространства (см.рис.3) можно пренебречь и поэтому уравнения (35) и (36) имеют вид

  (43)

  (44)

 В машинах, предусматривающих сжатие и перемещение рабочего тела (компрессоры, насосы, вентиляторы и др.) работа  и внутренняя мощность  В расширительных машинах, например, в турбинах, работа  и мощность .

 В первом приближении расчет проводят для соответствующего равновесного процесса , а во втором приближении учитывают потери работы, связанные с диссипацией энергии в реальном процессе, путем введения относительного внутреннего к.п.д. . Для компрессорных машин , а для турбин . Индекс «р» показывает работу в равновесном процессе.

 В охлаждаемых компрессорах работу  определяют по уравнению (44), используя опытное значение условного показателя  политропы, а теплоту охлаждения находят по уравнению (43).

На главную