Расчет процесса истечения с помощью h, s - диаграммы

Истечение без трения. Пусть пар с начальными параметрами р ₁, t ₁ вытекает в среду с давлением р ₂. Если потери энергии на трение при движении пара по каналу и теплоотдача к стенкам сопла пренебрежимо малы, то процесс истечения протекает при постоянной энтропии и изображается на h, s - диаграмме вертикальной прямой 1-2 (рис. 5.6).

Скорость истечения рассчитывается по формуле (5.12):

,

где h ₁ определяется на пересечении линий р ₁ и t ₁, а h ₂ находится на пересечении вертикали, проведенной из точки 1, с изобарой р ₂ (точка 2). Если значения энтальпий подставлять в эту формулу в кДж/кг, то выражение для скорости истечения с, м/с, примет вид

. (5.20)

Действительный процесс истечения. В реальных условиях вследствие трения потока о стенки канала процесс истечения оказывается неравновесным, поэтому энтропия рабочего тела возрастает. На рис. 5.6 неравновесный процесс адиабатного расширения пара изображен условно штриховой линией 1-2¢. При том же перепаде давлений р ₁ - р ₂ срабатываемая разность энтальпий h ₁ - h _2¢ = D h получается меньше, чем D h ₀, в результате чего уменьшается и скорость истечения с ₂:

. (5.21)

Коэффициент j_с называется скоростным коэффициентом сопла. Современная техника позволяет создавать хорошо спрофилированные и обработанные сопла, у которых j_с = 0,95 - 0,98.

Скорость истечения из «неорганизованного» отверстия (например, из дырки в проржавевшей трубе) рассчитывается по той же формуле (5.21) с коэффициентом j_с = 0,5. Поскольку за таким отверстием нет организованной расширяющейся части сопла (как на рис. 5.4, б), при р ₂/ р ₁ < b_кр ее принимают равной скорости звука в вытекающей среде.