Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 5 - TS. Ngô Văn Hệ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí - Chương 5: Chuyển động một chiều của chất khí, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Các thông số cơ bản của dòng khí; các phương trình cơ bản; các loại ống phun; tính toán dòng khí bằng các hàm khí động và biểu đồ; lực cản và lực nâng. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật thuỷ khí: Chương 5 - TS. Ngô Văn Hệ

CHƯƠNG 5: CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU CỦA CHẤT KHÍ 5.1 Các thông số cơ bản của dòng khí 5.2 Các phương trình cơ bản 5.3 Các loại ống phun 5.4 Tính toán dòng khí bằng các hàm khí động và biểu đồ 5.5 Lực cản và lực nâng 1
MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG MỘT CHIỀU ỨNG DỤNG TRONG CỦA CHẤT KHÍ SẢN XUẤT VÀ KỸ THUẬT V tương đối nhỏ V > (100,150) m/s V lớn, V  Vâm Tính nén không ảnh Khối lượng riêng Xuất hiện mặt sóng va hưởng đến thông số ảnh hưởng đến (đường đặc trưng) dòng khí thông số dòng khí Mặt tăng nhảy vọt nén PTCB PTCB UD PT cơ bản động học động học của chất lỏng chất khí chất khí 2
Khối lượng riêng - áp suất - nhiệt độ tuyệt đối 5.1 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN (, p, T) Số Mach M v a CỦA DÒNG KHÍ Vận tốc âm (a) - Vận tốc tới hạn ac  Vận tốc lớn nhất vmax - Vận tốc hãm a0   v  Hệ số vận tốc   a     c  Dòng hãm p0 , 0 ,T0  - dòng tới hạn  p ,  ,T        C C C 3
5.1.1 Mối liên hệ giữa (p, , T(0K)) PT trạng thái p   g RT PT Klaperon -Mendeleep  g  p RT T  0K   273 t  0C              QT đoạn nhiệt n k p C. n n 1 QT đẳng nhiệt  p1  1   k       p2  2  Cp   k - chỉ số đoạn nhiệt  k 1 k 1 Cv T1 1      p1 k             T2          p2   R  29,27   m  – hằng số chất khí   2     kk   đô  Cp Cv  AR   A 1  k Calo  - đương lượng nhiệt 427  kg.m  4
5.1.2 Vận tốc âm (a) a  dp  gdp p p C  ;a   p  c. k ;a  k  RT d d t = 150C T=2880K k = 1,4 a = 341 m/s
5.1.3 Số Mach (M) M  0,8 - Dòng dưới âm Dòng dưới âm v  a 0,8 M 12 - Dòng gần âm , Dòng ngang âm v a    M v a  M 1,2 - Dòng trên âm , M  45 - Dòng siêu âm Dòng vượt âm v  a M lớn sẽ nâng cao tốc độ vật bay!
5.1.4 Vận tốc lớn nhất (VMAX) 5.1.5 Vận tốc tới hạn (aC) khí CĐ trong chân không tuyệt đối M 1  v  a     p 0 v  vmax  c ac  a0 2  2k g RT0 2g i k 1 k 1 vmax  0 A k 1,4  Tc  20%T0 kk kk  44,8 T v  kk , 270C  776 m k 1M 2 v max 0 max s 2  2 a0  20,1 T0 1 k 1M 2 ac 18,3 T0 2 2 2 M 2  k 1 Cp  const 1 k 1 2 k 1  a v Hệ số vận tốc c k 1,4 vmax  2,24 a0 k 1,4 vmax  a0 2  kk  2,45 k 1 max  k 1 max k 1,2 vmax  3,16 a0 k 1 k 1 2 ,  kk  7 ,31 3 max
5.1.6 Dòng hãm - dòng tới hạn . Dòng hãm là dòng khí lý tưởng Dòng tới hạn là dòng khí có vận ở trạng thái tĩnh, QT đoạn nhiệt. tốc bằng vận tốc âm cục bộ  p ,  ,T    M 1  v  a   p ,  ,T        0 0 0    c   c  c c T0  0  k 1 T0 k 1     1 k 1M 2  T   2 Tc 2 0  k 1 2  k11 k   1 2 M   c  2 k 10     k 1       p0  k 1 2  k k pc  2 k 1p0    1 M  k 1   p  2   k 1       a0  k 1 2  1 ac  a0 2  1 a  M 2 k 1 2  
5.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ 5.2.1 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI p  RT (6.1) R- hằng số chất khí γ R  29,27  mol / đô    KK   Cp QT đẳng nhiệt T  const p C  k kkk 1,4 Cv QT đoạn nhiệt p C  k (6.2) Cp Nhiệt dung đẳng áp Cp Cv  AR Cv Nhiệt dung đẳng tích A - Đương nhiệt lượng QT đa biến tổng quát p  c n của công A 1  k Calo  1   1 427  kg.m     p  k   T  k 1 (6.3)   (6.1) (6.2) 1  p  T       n -chỉ số của quá trình    1  1 
5.2.2 PHƯƠNG TRÌNH LIÊN TỤC  DẠNG TỔNG QUÁT  div (  u )  0 t d u x    ux  0 dt x x u DẠNG TỌA ĐỘ OXYZ d   y  u    0 dt y y y d uz    uz  0 dt z z PT LƯU LƯỢNG G   Q  const 1v11   2 v 2 2 d  dv  d  0 TRỌNG LƯỢNG  v  Dòng nguyên tố khí chuyển động dừng
5.2.3 PHƯƠNG TRÌNH BERNOULLI Dòng nguyên tố chất khí lí tưởng, chuyển động dừng, lực khối chỉ là trọng lực z   dp  u  const 2  2g 2 p1 u1 p2 u2 2 d p  p2  p1 QT đẳng tích   const       2g    2g 2 u1 2 u2 QT đẳng áp p  const   d p  0 z1   z2   2g 2g p  RT  const; 2 d p  RT ln p2 QT đẳng nhiệt    p ln p  u12  z  p ln p  u22 z1   1 1 1 p 1 2g 2  2 2g 2d pp2 2 p1 u1 2 p2 u2 QT đoạn nhiệt p  c  k;   k   k 1 1 z1  k    z2  k   1 k 1 1 2g k 1 2 2g
5.2.4 PHƯƠNG TRÌNH NĂNG LƯỢNG (PHƯƠNG TRÌNH ENTANPI) Phương trình năng lượng cho một đơn vị khối lượng chất khí p1 p2  Q (  )   z  z   u2 u1 U2 U1 2 2 1  2  2 1 2g  A  L  Lms Q  A - nhiệt lượng hấp thụ A p p Dạng vi phân (  1   2 ) - công của áp lực 1 2  p    u2  d Q  Ad     Ad    d U  Ad L  Ad Lms   z2  z1 - công để biến           2g      thiên thế năng 2 u 2 u2 A- đương lượng nhiệt 1 - công để biến thiên động năng 2g A  1 k calo 427 k g .m U2 U1 - công để biến thiên nội năng U CVT A L  d l - công cơ học CV - nhiệt dung đẳng tích dG d lm s T – nhiệt độ tuyệt đối của khí Lms  - công ma sát dG
PHƯƠNG TRÌNH ENTANPI Entanpi p  RT i CpT  CpT p C T i  p U A   v A A  A Nội năng CpT CvT  ART U CvT Quá trình đoạn nhiệt 2 u1 2 u2 i1  A  i2  A  const 2g 2g Tổng entanpi và động năng là một đại lượng không đổi!
5.3 CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT KHÍ TRONG ỐNG PHUN 5.3.1 CÁC PHƯƠNG TRÌNH – THÔNG SỐ ỐNG PHUN Phương trình trạng thái d p  d  RT   d   g RT      Phương trình lưu lượng d G  d  v   trọng lượng Phương trình Bernoulli dz  dp  dv 2  dL  dLms  0  2g dQ  dz  d( p) dv 2  dU  dL  dL Phương trình năng lượng A  2g A ms Phương trình liên hệ các thông số ống phun d v M 2 1  d   dG  g k 1dQ  k g d L  k g d L v    G a2 A a2 a2 ms
5.3.2 CÁC LOẠI ỐNG PHUN Ống phun hình học Lavan (1883) dω  0 Tăng tốc dG  dQ  d L  d Lms  0 dv > 0 (M 2 1)dv  d v  v1 d < 0 d = 0 (c ) d > 0 M 1 c b diện tích diện tích diện tích thu hẹp không đổi mở rộng d a M 1;d   0 M 1;d   0 x I II Giảm tốc 1 C dv < 0
Ống phun lưu lượng Ống phun nhiệt dG  0 dQ  0 d   d Q  d L  d Lms  0 d   d G  d L  d Lms  0 (M 2 1)d v  d G (M 2 1)d v   g k 1dQ v v G a2 A M0 Hút khí cấp M 1;d Q  0 tăng G nhiệt dv>0 (a c ) M=1;dG=0 M 1;d Q  0 dv>0 Thải khí Thải M 1;d Q  0 M>1;dG
Ống phun cơ học Ống phun ma sát dL0 d Lms  0 (d Lms  0) d   dQ  dG  d Lms  0 d   dG  dQ  d L  0 (M 2 1)d v   k g d L (M 2 1)d v   k g d Lms v v a2 a2 dòngkhí M 1;d v  0 M0 sinh công Lực ma sát làm tăng vận tốc khi dòng dưới âm dv>0 M=1;dL=0 giảm vận tốc khi dòng trên âm dòng khí M>1;dL
5.4 TÍNH TOÁN DÒNG KHÍ BẰNG CÁC HÀM KHÍ ĐỘNG VÀ BIỂU ĐỒ f k, ;f k,M      Thông số dòng khí  ( )  T  1 k 12  To  k 1  k  ()  p  1 k 12 k 1   p     o k 1     k  ()  p  1 k 12 k 1   p     o k 1     1    Biểu đồ tra cứu   ( )    1 k 12 k 1    ( )    o   k 1     
5.4 TÍNH TOÁN DÒNG KHÍ BẰNG CÁC HÀM KHÍ ĐỘNG VÀ BIỂU ĐỒ Lưu lượng p0 K 14, k 1 G B  q( ) B kg   2 k 1   T0 B  0,4 R k 1       G  v Hàm khí động lưu lượng G  B  p y   1 q    v     v   k 1 k 1   T0    .f ( )   c c c  2   1 Xung lực  k 1 k 1  q   p   2     y       c c      I Gv  p G v  p   k 1G a Z        p 1 k 12 g g   v  2k g c   k 1 Z      1     
5.5 Lực cản và lực nâng P  Pn  P Lực cản Lực nâng 2 ρU Pn   d Pn   p sin  cos dS   ρU2 P  Px  C  Pn  Py  C y   S   S x 2 S S 2 P   d P     p cos   sin  dS     S S 20