Isentropiese doeltreffendheid van spuitpunte: wat, hoe, verskeie tipes, voorbeelde


Die hoofdoel van die gebruik van 'n spuitstuk is om die snelheid van 'n vloeiende vloeistof deur druk te versnel. In hierdie artikel sal ons die isentropiese doeltreffendheid van die spuitstuk bespreek.

Isentropiese doeltreffendheid van spuitstuk is die verhouding werklike kinetiese energie by spuitstukuitgang en isentropiese kinetiese energie by spuitstukuitgang vir dieselfde inlaat- en uitgangdruk.

'n Vloeistof versnel in 'n spuitstuk terwyl dit van hoë druk na lae druk beweeg met 'n toename in kinetiese energie. Wrywingsverliese binne die spuitstuk verminder vloeistof KE en verhoog die temperatuur van die vloeistof, wat die entropie daarvan verhoog.

isentropiese doeltreffendheid van spuitstuk
N mondstuk uit die Ariane 5 vuurpyl; Beeldkrediet: Wikipedia

Spuitstukke word onder adiabatiese toestand bedryf, maar die ideale proses vir 'n spuitstuk is die isentropiese proses. Om 'n vergelyking te hê tussen werklike werk gedoen en werk onder isentropiese toestande van 'n toestel, word 'n parameter genaamd Isentropic Efficiency gebruik.

'n Waterspuitstuk; Beeldkrediet: Wikipedia

Wat is die isentropiese doeltreffendheid van die mondstuk?

Die isentropiese proses behels geen onomkeerbaarhede nie en dien as die ideale proses vir adiabatiese toestelle.

Turbines, kompressors en spuitpunte werk onder adiabatiese toestande. Aangesien hulle nie werklik isentropies is nie, word hulle vir berekeningsoogpunt as isentropies beskou. Isentropiese doeltreffendheid is die parameter vir 'n mondstuk, turbine of kompressor wat definieer hoe doeltreffend hierdie toestelle 'n ooreenstemmende isentropiese toestel benader.

Nader aan 'n geïdealiseerde isentropiese proses, sal die werkverrigting van die spuitstuk verbeter word.

Isentropiese Doeltreffendheid van spuitstuk is oor die algemeen groter as 95%. So verliese as gevolg van onomkeerbaarhede is baie klein in die geval van 'n goed ontwerpte spuitstuk.

Wat is 'n mondstuk?

Spuitkoppe word die meeste gebruik deur bestendige vloei-toestelle in stoomturbines, gasturbines en vuurpyle.

Spuitstuk is 'n toestel wat dikwels 'n pyp of 'n buis met verskillende deursnee-area gebruik word om die vloeirigting sowel as uittreesnelheid, massa, vorm en druk van die vloei te beheer. Binne 'n mondstuk word drukenergie in kinetiese energie omgeskakel of ons kan sê die vloeistofsnelheid neem toe met 'n koste van drukenergie.

Afhangende van die vereiste snelheid en mach-nommer van die vloeistof, kan spuitpunte gekategoriseer word soos Konvergente tipe, Divergente tipe en Konvergente-Divergente tipe. Spuitstuk kan vir beide subsoniese en supersoniese vloei gebruik word.

'n De Laval-spuitstuk; Beeldkrediet: Wikipedia

In die bostaande figuur, 'n de Laval spuitstuk, wat benaderde vloeisnelheid toon wat van groen na rooi in die vloeirigting toeneem

Isentropiese doeltreffendheid van mondstukformule

Isentropiese doeltreffendheid verteenwoordig die werkverrigting-indeks van 'n mondstuk. 'n Vergelyking van spuitpunt se werkverrigting relatief tot 'n isentropiese proses.

Isentropiese doeltreffendheid van spuitstuk kan gedefinieer word as die verhouding van werklike entalpie daling tot isentropiese entalpie daling tussen dieselfde drukke.

Isentropiese doeltreffendheid van spuitstuk=Werklike entalpiedaling/isentropiese entalpieval

Isentropiese doeltreffendheidformule is die maatstaf van die afwyking van werklike prosesse van die ooreenstemmende geïdealiseerde. Die verhouding van werklike werk verrig deur 'n mondstuk tot werk verrig deur die mondstuk onder isentropiese toestand word Isentropiese Spuitdoeltreffendheid genoem.

Isentropiese doeltreffendheid van 'n mondstuk ηN= Werklike Kinetiese Energie by Nozzle Exit/ Isentropic Kinetic Energy at Nozzle Exit.

Teoreties word die proses binne die mondstuk as isentropies beskou, maar as gevolg van wrywingsverliese is die proses onomkeerbaar.

Entalpie Entropiediagram vir 'n vloei binne 'n mondstuk

Proses 1-2: Isentropiese proses

Proses1- 2{}': Werklike proses

Doeltreffendheid van mondstuk,

Vir proses 1-2, toepassing van SFEE,

 Of,

Vir Proses 1- 2′, die toepassing van SFEE,

Of,

Nou uit Vgl(1) wat die waardes van h1 – h2 en h1 – h2` vervang, kry ons

Vergelyking(1) en (4) is die formules om die isentropiese doeltreffendheid te bereken van mondstuk.

Hoe om die isentropiese doeltreffendheid van die spuitstuk te vind?

'n Spuitstuk verminder die druk van die vloei en versnel terselfdertyd die vloei om 'n stoot te skep.

'n mate van hitteverlies vind plaas van die stoom as gevolg van die wrywing met die oppervlak van die mondstuk. Wrywingseffek verhoog ook die droogheidsfraksie van stoom, omdat energie wat in wrywing verlore gaan, oorgedra word na hitte wat geneig is om die stoom te droog of te verhit.

In die geval van vloeistofdinamika, dui stagnasiepunt 'n punt aan waar die plaaslike snelheid van 'n vloeistof nul bly en isentropiese stagnasietoestand 'n toestand verteenwoordig wanneer 'n vloeistofvloei deur omkeerbare adiabatiese vertraging tot nulsnelheid gaan.

Beide werklike en isentropiese toestande word vir gasse gebruik.

Entalpie-entropiediagram vir stagnasietoestand; Beeldkrediet: Wikipedia

Die werklike stagnasie toestand word verkry vir werklike vertraging tot nul snelheid, onomkeerbaarheid kan ook geassosieer word. Om hierdie rede word stagnasie-eiendom soms omgekeer vir werklike staatseiendomme, en die term totale eiendom word vir isentropiese stagnasiestate toegepas.

Beide isentropiese en werklike stagnasietoestande het dieselfde entalpie, dieselfde temperatuur (vir ideale gas), maar druk kan meer wees in die geval van isentropiese stagnasietoestand in vergelyking met werklike stagnasietoestand.

In die geval van 'n mondstuk is die inlaatsnelheid weglaatbaar in vergelyking met die uittreesnelheid van 'n vloei.

Vanuit die energiebalans,

Isentropiese doeltreffendheid van spuitstuk=Werklike entalpiedaling/isentropiese entalpieval

Waar h1 =spesifieke entalpie van die gas by die ingang

h2a =spesifieke entalpie van gas by die uitgang vir die werklike proses

h2s = spesifieke entalpie van gas by die uitgang vir die isentropiese proses

Isentropiese doeltreffendheid spuitstuk Voorbeeld

voorbeeld: Stoom gaan 'n spuitstuk binne teen 1.4 MPa 2500 C en weglaatbare snelheid en sit uit tot 115 KPa en 'n kwaliteit van 97% droog. Bepaal die uittreesnelheid van die stoom.

Oplossing: Gegewe data , Aanvangsdruk, P1= 1.4 MPa

 = 14 bar

Aanvanklike temperatuur, T1= 2500 C

Finale druk, P2=115 KPa= 1.15 x 105 Pa = 1.15 bar

Kwaliteit van stoom by uitgang, x2= 0.97

Verlaat Velocity, V2=?

Verwaarlosing van beginsnelheid, Uitgangssnelheid,

Met inagneming van die beginsnelheid,

h1=Entalpie by aanvanklike toestand maw by 1.14 MPa maw by 14 bar 2500C, van stoomtafels,

h1=2927.6 KJ/Kg

h2=Entalpie by uitgang toestand maw by 115 KPa maw by 1.15 bar x2=0.97, vanaf stoomtafels

hf2=434.2 KJ/kg

hfg2=2247.4 KJ/kg

Vandaar die uittreesnelheid van stoom,

Sangeeta Das

Ek is Sangeeta Das. Ek het my Meestersgraad in Meganiese Ingenieurswese voltooi met spesialisering in IC-enjin en motors. Ek het ongeveer tien jaar ondervinding wat die industrie en akademie insluit. My belangstellingsgebied sluit IC-enjins, aërodinamika en vloeistofmeganika in. Jy kan my bereik by https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

Onlangse plasings