Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1-
CHÖÔNG 10
L
LÖ
ÖU
U
Ñ
ÑO
OÄÄN
NG
G
V
VA
AØØ
T
TI
IE
EÁÁT
T
L
LÖ
ÖU
U
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:
constffGhay
const
v
f
v
f
G
222111
2
22
1
11
Một số khái niệm:
- Tốc độ âm thanh a: đối với khí lưu động đoạn nhiệt thuận nghịch thì:
kRTkpv
p
ka
- Số Mach M:
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2-
a
M
1.2 MOÄT SOÁ QUAN HEÄ CÔ BAÛN
1. Aùp suaát vaø toác ñoä:
d
= – vdp
Hay
divdp
d
2
2
Hay
21
2
1
2
2
22 ii
Ñoái vôùi khí lyù töôûng
Hay i1 +
2
2
1
i2 +
2
2
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 +
2
2
2. Toác ñoä vaø khoái löôïng rieâng:
d
M
d2
1
2
i1
i2
12
i1i2
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3-
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
d
)M(
f
df 1
2
Taêng
Giaûm
Giaûm
Taêng
Aùp suaát
f
df
kM
p
dp
)M( 22 1
Giaûm
Taêng
Taêng
Giaûm
Theå tích rieâng
f
df
M
v
dv
)M( 22 1
Taêng
Giaûm
Giaûm
Taêng
Nhieät ñoä
f
df
)k(M
T
dT
)M( 11 22
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
1
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
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4-
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
1 < a 1 < 2 =a
p1p2 < p1
a) Toác ñoä ôû cöûa ra
2
(theo muïc 1.2)
Ñoái vôùi hôi nöôùc
2
1212 2 )ii(
Thoâng thöôøng
1
raát beù so vôùi
2
neân
)ii( 212 2
Ñoái vôùi khí lyù töôûng
k
k
pp
p
vp
k
k
)TT(c
1
11212 1
2
1
1
2
2
b) Löu löôïng qua oáng
G =
2
22
v
f
c) Traïng thaùi tôùi haïn
Laø traïng thaùi maø toác ñoä ôû cöûa ra vôùi tôùi toác ñoä aâm thanh:
2
=
th
= a
khi ñoù aùp suaát p2 cuûa löu chaát ôû cöûa ra ñaït giaù trò nhoû nhaát pth. Ñaët:
1
p
pth
goïi
laø tæ soá aùp suaát ôû traïng thaùi tôùi haïn.
Ñoái vôùi khí lyù töôûng
1
1
2
k
k
k
(xem chöùng minh trong TL)
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 10: LÖU ÑOÄNG VAØ TIEÁT LÖU
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5-
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
1
2
p
p
vaø
:
i.
1
2
p
p
>
2
<
th
, G < Gmax
ii.
1
2
p
p
=
2
=
th
, G = Gmax, p2 = pth =
p1
Toác ñoä tôùi haïn:
Ñoái vôùi khí lyù töôûng
k
k
th vp
k
k1
11 1
1
2
Ñoái vôùi hôi nöôùc
)ii( thth 1
2
trong ñoù ith laø entanpi cuûa hôi nöôùc
öùng vôùi aùp suaát tôùi haïn pth
Löu löôïng lôùn nhaát Gmax =
th
th
v
f
2
trong ñoù ith vaø vth xaùc ñònh theo sth = s1 vaø pth =
p1