Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật: Chương 10 - TS. Nguyễn Minh Phú

Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10 CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU LÖU ÑOÄNG VAØØTIEÁT LÖU 1. LƯU ĐỘNG 1.1 KHÁI NIỆM Lưu động là sự chuyển động của dòng môi chất qua các ống đặc biệt (ống lớn dần, ống nhỏ dần, ống laval) để đạt mục tiêu kỹ thuật. Trong thực tế, người ta dùng rộng rãi quá trình lưu động của dòng chất môi giới qua các ống tăng tốc để tăng tốc độ của nó lên trước khi đưa vào các thiết bị nhằm biến đổi động năng của nó thành công có ích. Ống tăng tốc lavan thường gặp trong tầng cánh tĩnh cũa tuabin hơi và tuabin khí, còn ống tăng áp thường gặp trong máy nén tuabin và máy nén ly tâm. Các giả thiết: 1) Quá trình lưu động là quá trình đoạn nhiệt Do tốc độ lưu chất qua các ống tương đối lớn, chiều dài ống tương đối ngắn nên thời gian lưu động khá ngắn do vậy có thể xem như không có sự trao đổi nhiệt nào giữa lưu chất và môi trường. 2) Tốc độ của lưu chất trên mọi điểm của cùng một tiết diện ngang của ống đều bằng nhau và bằng tốc độ trung bình trong tiết diện đó. 3) Lưu lượng khối lượng của lưu chất qua mọi tiết diện của ống đều bằng nhau và không đồi theo thời gian: G = f1ω1 = f2ω2 = const 1 2 hay G = 1f1ω1 = 2f2ω2 = const Một số khái niệm: - Tốc độ âm thanh a: đối với khí lưu động đoạn nhiệt thuận nghịch thì: a= k p = kpv = kRT - Số Mach M: CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU M = ω 1.2 MOÄT SOÁ QUAN HEÄ CÔ BAÛN 1. Aùp suaát vaø toác ñoä: ωdω = – vdp Hay dω2 = −vdp= −di 2 2 Hay 2 − 1 = i1 −i2 ω2 Ñoái vôùi khí lyù töôûng 1 i2 ω2 − ω1 = cp (T −T ) 1 1 1 ω2 i2 2 2 Hay i1 + 1 = i2 + 2 . Ñoái vôùi doøng löu ñoäng thoâng thöôøng i = u + pv trong ñoù chuùng ta ñaõ boû qua thaønh phaàn ñoäng naêng vaø theá naêng. Ñoái vôùi doøng löu ñoäng toác ñoä cao, theá naêng cuûa löu chaát vaãn khoâng ñaùng keå nhöng ñoäng naêng thì khoâng. Keát hôïp thaønh phaàn ñoäng naêng vaø enthalpy thaønh moät thoâng soá kyù hieäu laø i0 (stagnation enthalpy) i0 = i + ω2 2. Toác ñoä vaø khoái löôïng rieâng: d = −M2 dω CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU 3. Hình daïng oáng vaø caùc thoâng soá khaùc: M < 1 M > 1 OÁng nhoû daàn OÁng lôùn daàn OÁng nhoû daàn OÁng lôùn daàn Toác ñoä df =(M2 −1)dω Taêng Giaûm Aùp suaát (M2 −1)dp = −kM2 df Giaûm Taêng Theå tích rieâng (M2 −1)dv = M2 df Taêng Giaûm Nhieät ñoä (M2 −1)dT = −M2 (k−1)df Giaûm Taêng Giaûm Taêng Taêng Giaûm Giaûm Taêng Taêng Giaûm Nhö vaäy ñoái vôùi moät oáng coù hình daïng xaùc ñònh ta khoâng theå keát luaän ngay ñoù laø oáng taêng toác hay taêng aùp maø caàn phaûi khaûo saùt kyõ giaù trò toác ñoä cuûa doøng moâi chaát ôû cöûa vaøo oáng ω1 vaø toác ñoä aâm thanh ôû moâi tröôøng töông öùng khi ñoù môùi coù theå keát luaän ñöôïc ñaëc tính cuûa oáng. Baøi toaùn veà löu ñoäng trong thöïc teá kyõ thuaät thöôøng laø baøi toaùn veà oáng taêng toác ñeå söû duïng ñoäng naêng cuûa noù vaøo caùc muïc ñích khaùc nhau. Sau ñaây chuùng ta seõ tìm hieåu veà oáng taêng toác. 1.3 OÁNG TAÊNG TOÁC Trong thöïc teá thöôøng gaëp caùc doøng löu ñoäng coù vaän toác vaøo oáng nhoû hôn toác ñoä aâm thanh (M < 1) do ñoù theo baûng treân thì duøng oáng nhoû daàn. Caùc kyù CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU hieäu sau duøng chæ soá 1 öùng vôùi thoâng soá ôû cöûa vaøo oáng, chæ soá 2 öùng vôùi thoâng soá ôû cöûa ra oáng 1.3.1 OÁng taêng toác nhoû daàn 1 2 ω < a ω < ω2 = a 1 p2 < p a) Toác ñoä ôû cöûa ra ω2 (theo muïc 1.2) Ñoái vôùi hôi nöôùc ω2 = 2(i1 −i2 )+ω1 Thoâng thöôøng ω1 raát beù so vôùi ω2 neân ω2 = 2(i1 −i2 ) Ñoái vôùi khí lyù töôûng ω2 = 2cp (T −T2 ) = k−1 2k   p2 k  k−1 1 1   p1  b) Löu löôïng qua oáng G = f2ω2 2 c) Traïng thaùi tôùi haïn Laø traïng thaùi maø toác ñoä ôû cöûa ra vôùi tôùi toác ñoä aâm thanh: ω2 = ωth = a khi ñoù aùp suaát p2 cuûa löu chaát ôû cöûa ra ñaït giaù trò nhoû nhaát pth. Ñaët:  = pth goïi 1 laø tæ soá aùp suaát ôû traïng thaùi tôùi haïn. k Ñoái vôùi khí lyù töôûng  =  k+1k−1 (xem chöùng minh trong TL) CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4- Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU Khí lyù töôûng 1 nguyeân töû:  = 0,484 Khí lyù töôûng 2 nguyeân töû:  = 0,528 Khí lyù töôûng 3 nguyeân töû trôû leân vaø hôi quaù nhieät:  = 0,546 Hôi nöôùc baõo hoaø:  = 0,577 Khi toác ñoä ñaït ñeán traïng thaùi tôùi haïn (lôùn nhaát) thì löu löôïng cuûa doøng moâi chaát ñaït giaù trò lôùn nhaát Gmax Nhö vaäy khi tính toaùn caàn phaûi so saùnh tæ soá aùp suaát p2 vaø : 1 i. p2 >   ω2 <ωth , G < Gmax 1 ii. p2 =   ω2 =ωth , G = Gmax, p2 = pth = p1 1 Toác ñoä tôùi haïn: k−1 Ñoái vôùi khí lyù töôûng ωth = k−1p1v1 1− k  Ñoái vôùi hôi nöôùc ωth = 2(i1 −ith ) trong ñoù ith laø entanpi cuûa hôi nöôùc öùng vôùi aùp suaát tôùi haïn pth Löu löôïng lôùn nhaát Gmax = f2ωth th trong ñoù ith vaø vth xaùc ñònh theo sth = s1 vaø pth =p1 CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5- ... - tailieumienphi.vn