Izentropická účinnost trysky: co, jak, několik typů, příklady

Hlavním účelem použití trysky je urychlit rychlost proudící tekutiny pomocí tlaku. V tomto článku budeme diskutovat o Isentropické účinnosti trysky.

Izentropická účinnost trysky je poměr skutečné kinetické energie na výstupu z trysky a izoentropické kinetické energie na výstupu trysky pro stejný vstupní a výstupní tlak.

Kapalina se v trysce zrychluje, když se pohybuje z vysokého tlaku na nízký se zvýšením kinetické energie. Ztráty třením uvnitř trysky snižují KE kapaliny a zvyšují teplotu kapaliny a zvyšují její entropii.

Trysky jsou provozovány v adiabatických podmínkách, ale ideální proces pro trysku je izoentropický proces. Pro srovnání mezi skutečně vykonanou prací a prací za izoentropických podmínek zařízení se používá parametr nazvaný Isentropická účinnost.

Jaká je isentropická účinnost trysky?

Izentropický proces nezahrnuje žádné nevratnosti a slouží jako ideální proces pro adiabatická zařízení.

Turbíny, kompresory a trysky pracují za adiabatických podmínek. Protože nejsou skutečně izoentropické, jsou z hlediska výpočtu považovány za izoentropické. Izentropická účinnost je parametr pro trysku, turbínu nebo kompresor, který definuje, jak efektivně se tato zařízení přibližují odpovídajícímu isentropickému zařízení.

Blíže k idealizovanému isentropickému procesu, zlepšený bude výkon trysky.

Isentropická účinnost trysky je obecně vyšší než 95 %. Takže ztráty v důsledku nevratnosti jsou v případě dobře navržené trysky velmi malé.

Co je to tryska?

Trysky jsou nejrozšířenějším zařízením s ustáleným průtokem v parních turbínách, plynových turbínách a raketách.

Tryska je zařízení, které je často trubkou nebo trubicí o různém průřezu, které se používá k řízení směru toku, stejně jako výstupní rychlosti, hmotnosti, tvaru a tlaku toku. Uvnitř trysky se tlaková energie přeměňuje na kinetickou energii nebo můžeme říci, že rychlost tekutiny roste s nákladem tlakové energie.

V závislosti na požadované rychlosti a výrobním čísle kapaliny lze trysky kategorizovat jako konvergentní typ, divergentní typ a konvergentně-divergentní typ. Trysku lze použít pro podzvukové i nadzvukové proudění.

Na výše uvedeném obrázku je de Lavalova tryska znázorňující přibližnou rychlost proudění rostoucí ze zelené na červenou ve směru proudění

Isentropická účinnost formule trysky

Izentropická účinnost představuje výkonnostní index trysky. Porovnání výkonu trysky vzhledem k isentropickému procesu.

Isentropickou účinnost trysky lze definovat jako poměr skutečného poklesu entalpie k poklesu izoentropické entalpie mezi stejnými tlaky.

Isentropická účinnost trysky = skutečný pokles entalpie/isentropický pokles entalpie

Vzorec Isentropické účinnosti je mírou odchylky skutečných procesů od odpovídajících idealizovaných. Poměr skutečné práce vykonané tryskou k práci vykonané tryskou v isentropických podmínkách se nazývá účinnost isentropické trysky.

Izentropická účinnost trysky η_N= Skutečná kinetická energie na výstupu z trysky/ Isentropická kinetická energie na výstupu z trysky.

Teoreticky je proces uvnitř trysky považován za izoentropický, ale kvůli ztrátám třením je proces nevratný.

Proces 1-2:Isentropický proces

Process1-2{}':Skutečný proces

Účinnost trysky,

Pro proces 1-2 s použitím SFEE,

 Nebo,

Pro proces 1-2′ s použitím SFEE,

Nebo,

Nyní z rovnice (1) dosazením hodnot h1 – h2 a h1 – h2` dostaneme

Rovnice (1) a (4) jsou vzorce pro výpočet izotropní účinnosti trysky.

Jak zjistit izotropní účinnost trysky?

Tryska snižuje tlak proudu a zároveň urychluje proudění, aby se vytvořil tah.

Určité množství tepelných ztrát se odehrává z páry v důsledku tření o povrch trysky. Třecí účinek také zvyšuje podíl suchosti páry, protože energie ztracená třením se přenáší na teplo, které má tendenci páru vysušovat nebo přehřívat.

V případě dynamiky tekutin bod stagnace označuje bod, kdy lokální rychlost tekutiny zůstává nulová a izoentropický stav stagnace představuje stav, kdy proud tekutiny prochází vratným adiabatickým zpomalením na nulovou rychlost.

Pro plyny se používá aktuální i izoentropický stav.

Aktuální stav stagnace se získá pro aktuální zpomalení na nulovou rychlost, může být spojena i nevratnost. Z tohoto důvodu je vlastnost stagnace někdy obrácena pro vlastnosti skutečného stavu a termín celková vlastnost se používá pro stavy izoentropické stagnace.

Izentropický i aktuální stav stagnace mají stejnou entalpii, stejnou teplotu (pro ideální plyn), ale tlak může být v případě izoentropického stavu stagnace vyšší než skutečný stav stagnace.

V případě trysky je vstupní rychlost zanedbatelná ve srovnání s výstupní rychlostí proudu.

Z energetické bilance,

Isentropická účinnost trysky = skutečný pokles entalpie/isentropický pokles entalpie

Kde h₁ =specifická entalpie plynu na vstupu

h_2a =specifická entalpie plynu na výstupu pro vlastní proces

h_2s = specifická entalpie plynu na výstupu pro isentropický proces

Příklad trysky s izotropní účinností

Příklad: Pára vstupuje do trysky při 1.4 MPa 250⁰ C a zanedbatelnou rychlostí a expanduje na 115 KPa a kvalitě 97 % suchého. Určete výstupní rychlost páry.

Řešení: Dané údaje , Počáteční tlak, P₁= 1.4 MPa

 = 14 bar

Počáteční teplota, T₁= 250⁰ C

Konečný tlak, P₂=115 kPa = 1.15 x 10⁵ Pa = 1.15 bar

Kvalita páry na výstupu, x₂= 0.97

Exit Velocity, V₂=?

Zanedbání počáteční rychlosti, výstupní rychlosti,

S ohledem na počáteční rychlost,

h₁=Entalpie při počátečním stavu tj. při 1.14 MPa tj. při 14 bar 250⁰C, z parních stolů,

h₁=2927.6 KJ/kg

h₂=Entalpie při výstupním stavu, tj. při 115 KPa, tj. při 1.15 baru x₂=0.97, z parních tabulek

h_f2=434.2 KJ/kg

h_fg2=2247.4 KJ/kg

Odtud výstupní rychlost páry,

Sangeeta Das

Jsem Sangeeta Das. Absolvoval jsem magisterské studium ve strojírenství se specializací na spalovací motory a automobily. Mám asi deset let zkušeností z průmyslu a akademické sféry. Mezi mé oblasti zájmu patří spalovací motory, aerodynamika a mechanika tekutin. Můžete mě kontaktovat na