الكفاءة المتساوية للفوهة: ماذا ، كيف ، عدة أنواع ، أمثلة


الغرض الرئيسي من استخدام الفوهة هو تسريع سرعة تدفق السائل باستخدام الضغط. في هذه المقالة سوف نناقش حول كفاءة متساوية للفوهة.

الكفاءة المتساوية للفوهة هي نسبة الطاقة الحركية الفعلية عند مخرج الفوهة والطاقة الحركية المتساوية عند مخرج الفوهة لنفس ضغوط الدخول والخروج.

يتسارع السائل في فوهة حيث ينتقل من ضغط مرتفع إلى ضغط منخفض مع زيادة الطاقة الحركية. تقلل الفقد الاحتكاكية داخل الفوهة السائل KE وترفع درجة حرارة السائل ، مما يزيد من إنتروبيا.

الكفاءة المتساوية للفوهة
فوهة من Ariane 5 صاروخ؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

يتم تشغيل الفوهات تحت ظروف ثابتة الحرارة ولكن العملية المثالية للفوهة هي العملية المتساوية. لإجراء مقارنة بين العمل الفعلي المنجز والعمل في ظل الظروف المتوازنة للجهاز ، يتم استخدام معامل يسمى Isentropic Efficiency.

فوهة ماء رصيد الصورة: ويكيبيديا

ما هي الكفاءة المتساوية للفوهة؟

لا تنطوي العملية المتساوية على أي لا رجعة فيه وتعمل كعملية مثالية للأجهزة الثابتة الحرارة.

تعمل التوربينات والضواغط والفوهات تحت ظروف ثابتة الحرارة. نظرًا لأنها ليست متجانسة في الحقيقة ، فإنها تعتبر متوازنة لوجهة نظر الحساب. الكفاءة المتساوية هي المعلمة الخاصة بالفوهة أو التوربين أو الضاغط الذي يحدد مدى كفاءة هذه الأجهزة في تقريب جهاز متساوي الاتجاه.

أقرب إلى عملية متساوية مثالية ، سيكون أداء الفوهة محسنًا.

كفاءة الفوهة بشكل عام أكبر من 95٪. لذا فإن الخسائر الناتجة عن عدم الانعكاس تكون صغيرة جدًا في حالة وجود فوهة جيدة التصميم.

ما هي الفوهة؟

تستخدم الفوهات على نطاق واسع في أجهزة التدفق الثابت في التوربينات البخارية والتوربينات الغازية والصواريخ.

الفوهة عبارة عن جهاز غالبًا ما يكون عبارة عن أنبوب أو أنبوب بمساحة مقطعية متغيرة تستخدم للتحكم في اتجاه التدفق بالإضافة إلى سرعة الخروج والكتلة والشكل والضغط للتدفق. يتم تحويل طاقة ضغط الفوهة إلى طاقة حركية أو يمكننا القول أن سرعة السائل تزداد مع حساب طاقة الضغط.

اعتمادًا على السرعة المطلوبة وعدد الماكينات للسائل ، يمكن تصنيف الفوهات مثل النوع المتقارب والنوع المتباين والنوع المتقارب المتباين. يمكن استخدام الفوهة لكل من التدفقات دون سرعة الصوت والتدفقات الأسرع من الصوت.

فوهة دي لافال رصيد الصورة: ويكيبيديا

في الشكل أعلاه ، تظهر فوهة دي لافال سرعة تدفق تقريبية تزداد من الأخضر إلى الأحمر في اتجاه التدفق

الكفاءة المتساوية لصيغة الفوهة

كفاءة متوازنة يمثل مؤشر أداء الفوهة. مقارنة أداء الفوهة بالنسبة لعملية متساوية.

يمكن تعريف الكفاءة المتساوية للفوهة على أنها نسبة انخفاض المحتوى الحراري الفعلي إلى انخفاض المحتوى الحراري المتساوي بين نفس الضغوط.

الكفاءة المتساوية للفوهة = قطرة المحتوى الحراري الفعلية / قطرة المحتوى الحراري المتساوي

معادلة الكفاءة المتساوية هي مقياس انحراف العمليات الفعلية عن العمليات المثالية المقابلة. تسمى نسبة العمل الفعلي الذي تقوم به الفوهة إلى العمل الذي تقوم به الفوهة في ظل حالة متساوية الانكسار ، كفاءة الفوهة المتساوية.

الكفاءة المتساوية للفوهة ηN= الطاقة الحركية الفعلية عند مخرج الفوهة / الطاقة الحركية المتساوية عند مخرج الفوهة.

من الناحية النظرية ، تعتبر العملية داخل الفوهة متجانسة ولكن نظرًا لخسائر الاحتكاك ، فإن العملية لا رجعة فيها.

مخطط Entropy Entropy للتدفق داخل الفوهة

العملية 1-2: عملية متساوية

Process1 - 2 {} ': العملية الفعلية

كفاءة الفوهة ،

للعملية 1-2 ، تطبيق SFEE ،

 أو،

للعملية 1-2 ′ ، تطبيق SFEE ،

أو،

الآن من المعادلة (1) استبدال قيم h1 - h2 و h1 - h2` ، نحصل على

المعادلة (1) و (4) هي الصيغ لحساب الكفاءة المتساوية فوهة.

كيف تجد كفاءة متساوية للفوهة؟

تعمل الفوهة على تقليل ضغط التدفق وفي نفس الوقت تسريع التدفق لإنشاء قوة دفع.

يحدث قدر من فقدان الحرارة من البخار بسبب الاحتكاك بسطح الفوهة. يؤدي تأثير الاحتكاك أيضًا إلى زيادة جزء جفاف البخار ، لأن الطاقة المفقودة في الاحتكاك تنتقل إلى حرارة تميل إلى تجفيف البخار أو تسخينه بشكل كبير.

في حالة ديناميات الموائع ، تشير نقطة الركود إلى النقطة التي تظل فيها السرعة المحلية للسائل صفرًا ، وتمثل حالة الركود المتساوي الحالة حالة عندما يمر تدفق السائل عبر تباطؤ ثابت الحرارة قابل للانعكاس إلى سرعة صفرية.

تستخدم كل من الحالات الفعلية والمتساوية للغازات.

مخطط إنتروبيا المحتوى الحراري لحالة الركود ؛ رصيد الصورة: ويكيبيديا

يتم الحصول على حالة الركود الفعلية للتباطؤ الفعلي إلى السرعة الصفرية ، وقد ترتبط أيضًا اللارجعة. لهذا السبب يتم عكس خاصية الركود أحيانًا لخصائص الحالة الفعلية ، ويتم تطبيق مصطلح الخاصية الإجمالية لحالات الركود المتساوي.

كل من حالات الركود المتساوية والفعلية لها نفس المحتوى الحراري ونفس درجة الحرارة (للغاز المثالي) ولكن قد يكون الضغط أكثر في حالة الركود المتساوي الأضلاع مقارنة بحالة الركود الفعلية.

في حالة وجود فوهة ، تكون سرعة الدخول ضئيلة مقارنة بسرعة الخروج من التدفق.

من ميزان الطاقة ،

الكفاءة المتساوية للفوهة = قطرة المحتوى الحراري الفعلية / قطرة المحتوى الحراري المتساوي

حيث H1 = المحتوى الحراري المحدد للغاز عند المدخل

h2a = المحتوى الحراري المحدد للغاز عند مخرج العملية الفعلية

h2s = المحتوى الحراري النوعي للغاز عند مخرج العملية المتساوية

مثال فوهة الكفاءة المتساوية

مثال: يدخل البخار فوهة عند 1.4 ميجا باسكال 2500 C وسرعة لا تذكر وتتوسع إلى 115 كيلو باسكال ونوعية جافة 97٪. حدد سرعة خروج البخار.

حل: معطى البيانات ، الضغط الأولي ، ص1= 1.4 ميجا باسكال

 = 14 بار

درجة الحرارة الأولية ، T1= 2500 C

الضغط النهائي ، ص2= 115 كيلو باسكال = 1.15 × 105 باسكال = 1.15 بار

جودة البخار عند الخروج ، x2= 0.97

سرعة الخروج ، V2=?

إهمال السرعة الأولية ، سرعة الخروج ،

النظر في السرعة الابتدائية ،

h1= المحتوى الحراري في الحالة الأولية أي عند 1.14 ميجا باسكال أي عند 14 بار 2500ج ، من طاولات البخار ،

h1= 2927.6 كج / كغ

h2= المحتوى الحراري في حالة الخروج أي عند 115 كيلو باسكال أي عند 1.15 بار ×2= 0.97 من طاولات البخار

hf2= 434.2 كيلو جول / كيلو جرام

hfg2= 2247.4 كيلو جول / كيلو جرام

ومن هنا تأتي سرعة خروج البخار ،

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات