Isentropische efficiëntie van mondstuk: wat, hoe, verschillende soorten, voorbeelden


Het belangrijkste doel van het gebruik van een mondstuk is om de snelheid van een stromende vloeistof te versnellen met behulp van druk. In dit artikel zullen we het hebben over de Isentropische efficiëntie van de mondstuk.

Isentropische efficiëntie van het mondstuk is de verhouding van de werkelijke kinetische energie bij het verlaten van het mondstuk en de isentropische kinetische energie bij het verlaten van het mondstuk voor dezelfde inlaat- en uitgangsdruk.

Een vloeistof versnelt in een mondstuk terwijl het van hoge druk naar lage druk gaat met een toename van kinetische energie. Wrijvingsverliezen in het mondstuk verlagen de vloeistof KE en verhogen de temperatuur van de vloeistof, waardoor de entropie toeneemt.

isentropische efficiëntie van mondstuk
Een mondstuk van de Ariane 5 raket; Afbeelding tegoed: wikipedia

Nozzles worden gebruikt onder adiabatische omstandigheden, maar het ideale proces voor een nozzle is het isentropische proces. Om een ​​vergelijking te maken tussen werkelijk uitgevoerd werk en werk onder isentropische omstandigheden van een apparaat, wordt een parameter met de naam Isentropische efficiëntie gebruikt.

Een watermondstuk; Afbeelding tegoed: wikipedia

Wat is isentropische efficiëntie van mondstuk?

Het isentropische proces brengt geen onomkeerbaarheden met zich mee en dient als het ideale proces voor adiabatische apparaten.

Turbines, compressoren en nozzles werken onder adiabatische omstandigheden. Omdat ze niet echt isentroop zijn, worden ze vanuit het oogpunt van berekeningen als isentroop beschouwd. Isentropische efficiëntie is de parameter voor een mondstuk, turbine of compressor die bepaalt hoe efficiënt deze apparaten een corresponderend isentropisch apparaat benaderen.

Dichter bij een geïdealiseerd isentropisch proces, zullen de prestaties van het mondstuk worden verbeterd.

IsentropicEfficiëntie van het mondstuk is over het algemeen groter dan 95%. Dus verliezen als gevolg van onomkeerbaarheden zijn erg klein in het geval van een goed ontworpen mondstuk.

Wat is een mondstuk?

Nozzles zijn het meest gebruikte stationaire stromingsapparaat in stoomturbines, gasturbines en raketten.

Mondstuk is een apparaat dat vaak een pijp of een buis is met een variërende dwarsdoorsnede die wordt gebruikt om de stroomrichting te regelen, evenals de uitgangssnelheid, massa, vorm en druk van de stroom. Binnenin een mondstuk wordt drukenergie omgezet in kinetische energie, of we kunnen zeggen dat de vloeistofsnelheid toeneemt ten koste van drukenergie.

Afhankelijk van de vereiste snelheid en mach-nummer van de vloeistof, kunnen sproeiers worden gecategoriseerd als convergent type, divergent type en convergent-divergent type. Nozzle kan worden gebruikt voor zowel subsonische als supersonische stromingen.

Een De Laval-mondstuk; Afbeelding tegoed: Wikipedia

In de bovenstaande afbeelding, een de Laval-mondstuk, met een geschatte stroomsnelheid die toeneemt van groen naar rood in de richting van de stroom

Isentropische efficiëntie van mondstukformule

Isentropische efficiëntie vertegenwoordigt de prestatie-index van een mondstuk. Een vergelijking van de prestaties van het mondstuk ten opzichte van een isentroop proces.

Isentropische efficiëntie van mondstuk kan worden gedefinieerd als de verhouding van werkelijke enthalpiedaling tot isentropische enthalpiedaling tussen dezelfde drukken.

Isentropische efficiëntie van mondstuk = werkelijke enthalpiedaling / isentropische enthalpiedaling

De formule voor isentropische efficiëntie is de maatstaf voor de afwijking van werkelijke processen van de overeenkomstige geïdealiseerde. De verhouding van het werkelijke werk dat door een mondstuk wordt gedaan tot het werk dat door het mondstuk onder isentropische omstandigheden wordt gedaan, wordt Isentropische mondstukefficiëntie genoemd.

Isentropische efficiëntie van een mondstuk ηN= Werkelijke kinetische energie bij uitgang mondstuk/ Isentropische kinetische energie bij uitgang mondstuk.

Theoretisch wordt het proces in het mondstuk als isentroop beschouwd, maar door wrijvingsverliezen is het proces onomkeerbaar.

Enthalpie Entropiediagram voor een stroom in een mondstuk

Proces 1-2:Isentropisch proces

Proces1-2{}':Werkelijke Proces

efficiëntie van mondstuk,

Voor proces 1-2, SFEE toepassen,

 Of,

Voor proces 1-2, SFEE toepassen,

Of,

Nu van Vgl(1) die de waarden van h1 – h2 en h1 – h2` vervangt, krijgen we

Vergelijking (1) en (4) zijn de formules om de isentropische efficiëntie te berekenen van mondstuk.

Hoe de isentropische efficiëntie van een mondstuk te vinden?

Een Nozzle vermindert de druk van de stroom en versnelt tegelijkertijd de stroom om een ​​stuwkracht te creëren.

Er vindt enige hoeveelheid warmteverlies plaats door de stoom als gevolg van de wrijving met het oppervlak van het mondstuk. Wrijvingseffect verhoogt ook de droogheidsfractie van stoom, omdat energie die verloren gaat bij wrijving wordt omgezet in warmte die de neiging heeft om de stoom te drogen of oververhitten.

In het geval van vloeistofdynamica duidt het stagnatiepunt een punt aan waar de lokale snelheid van een vloeistof nul blijft en een isentropische stagnatietoestand een toestand vertegenwoordigt waarin een vloeistofstroom door een omkeerbare adiabatische vertraging naar een snelheid van nul gaat.

Zowel werkelijke als isentrope toestanden worden gebruikt voor gassen.

Enthalpie-entropiediagram voor stagnatietoestand; Afbeelding tegoed: wikipedia

De werkelijke stagnatietoestand wordt verkregen voor werkelijke vertraging tot nulsnelheid, onomkeerbaarheid kan ook worden geassocieerd. Om deze reden wordt stagnatie-eigenschap soms omgekeerd voor werkelijke toestandseigenschappen en wordt de term totale eigenschap toegepast voor isentrope stagnatietoestanden.

Zowel isentrope als werkelijke stagnatietoestanden hebben dezelfde enthalpie, dezelfde temperatuur (voor ideaal gas), maar het kan zijn dat de druk meer is in het geval van een isentrope stagnatietoestand in vergelijking met de werkelijke stagnatietoestand.

In het geval van een mondstuk is de inlaatsnelheid verwaarloosbaar in vergelijking met de uitlaatsnelheid van een stroom.

Van de energiebalans,

Isentropische efficiëntie van mondstuk = werkelijke enthalpiedaling / isentropische enthalpiedaling

waar h1 =specifieke enthalpie van het gas bij de ingang

h2a =specifieke enthalpie van gas bij de uitgang voor het eigenlijke proces

h2s = specifieke enthalpie van gas bij de uitgang voor het isentropische proces

Voorbeeld van isentropische efficiëntiesproeier

Voorbeeld: Stoom komt een mondstuk binnen bij 1.4 MPa 2500 C en verwaarloosbare snelheid en zet uit tot 115 KPa en een kwaliteit van 97% droog. Bepaal de uitstroomsnelheid van de stoom.

oplossing: gegeven gegevens, begindruk, P1= 1.4 MPa

 =14 bar

Begintemperatuur, T1= 2500 C

Einddruk, P2=115 KPa= 1.15 x 105 Pa=1.15 bar

Kwaliteit van stoom bij uitgang, x2= 0.97

Uitgangssnelheid, V2=?

Verwaarlozing van beginsnelheid, uitgangssnelheid,

Gezien de beginsnelheid,

h1=Enthalpie bij begintoestand dwz bij 1.14 MPa dwz bij 14 bar 2500C, van stoomtafels,

h1=2927.6 KJ/Kg

h2=Enthalpie bij uitgangstoestand dwz bij 115 KPa dwz bij 1.15 bar x2= 0.97, van stoomtabellen

hf2= 434.2 KJ/kg

hfg2= 2247.4 KJ/kg

Vandaar de uitstroomsnelheid van stoom,

Sangeeta Das

Ik ben Sangeeta Das. Ik heb mijn Master in Werktuigbouwkunde afgerond met specialisatie in IC Engine and Automobiles. Ik heb ongeveer tien jaar ervaring in de industrie en de academische wereld. Mijn interessegebieden zijn IC-motoren, aerodynamica en vloeistofmechanica. U kunt mij bereiken op https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

Recente Nieuws