Истечение водяного пара

Водяной пар существенно отличается от идеального газа, для которого получены приведенные выше термодинамические формулы. Поэтому расчет истечения пара выполняется с использованием sh –диаграммы (рис. 2.14). Скорость истечения определяется по уравнению

,

где h* ₁ –энтальпия в начальной точке 1, лежащей на пересечении изобары р*₁ и изотермы Т*₁; h₂ –энтальпия в точке 2 при параметрах пара на срезе сопла.

В условиях изоэнтропийного истечения положения точки 2 определяются по пересечению адиабаты, исходящей из точки 1, и изобары статического давления р₂ на срезе сопла. При истечении из сужающегося сопла р₂ зависит от режима истечения: при докритическом и критическом режимах р₂=р₀, при сверхкритическом р₂=р_кр (рис.2.14,а) при истечении пара из сопла Лаваля р₂ равно давлению окружающей среды р₀ (рис. 2.14,б).

Рис. 2.14. Изоэнтропийный и действительный процессы истечения пара в sh –диаграмме: а - истечение через сужающееся сопло при ; б - истечение через сопло Лаваля

Трудность возникает в определении критического отношения давления. С некоторой погрешностью, приемлемой для практических расчетов, вычисляют по уравнению (3.49), полученному для идеального газа.

Решается это уравнение методом последовательных приближений. По задаваемому в первом приближении значению показателя адиабаты k вычисляется критическое давление . В точке пересечения адиабаты процесса истечения и изобары р_кр определяют удельный объем v_кр и из соотношения для адиабатного процесса находят новые значения показателя адиабаты k. В соответствии с этим значением k вновь определяют р_кр. Расчеты продолжаются до совпадения с задаваемой точностью значения k, принимаемого при вычислении р_кр.

Отличие реального процесса истечения пара при наличии трения от теоретического изоэнтропийного учитывают введением коэффициента потери энергии , тогда действительные значения изменения энтальпии в процессе истечения и скорости истечения определяются по выражениям (2.62) и (2.63) соответственно.

Положение на sh - диаграмме действительной конечной точки (рис. 2.14) находят по пересечению линии = const с изобарой р₂, где . Реальный необратимый процесс истечения пара протекает с увеличением энтропии.

Массовый расход пара в сужающемся сопле определяется по уравнению расхода в выходном сечении , а в сопле Лаваля по параметрам в узком (критическом) сечении .