Истечение газов с учетом трения

Выведенные выше формулы скорости истечения и массового расхода газа справедливы только для обратимого процесса истечения, так как не учитывают силы трения рабочего тела о стенки канала и внутреннее трение между струйками потока из-за различия скоростей по сечению канала.

В отличие от теоретического изоэнтропийного действительный процесс истечения реального газа происходит при трении частиц газа между собой и о стенки канала. При этом работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, преобразуется в теплоту, в результате чего температура и энтальпия газа в выходном сечении канала возрастают. Истечение газа с трением становится необратимым процессом и сопровождается увеличением энтропии. На рис. в sh — координатах представлены процессы расширения газа 1—2 при истечении без трения и 1-2_д при истечении с трением. При одинаковом перепаде давлений р₁ − р₂ действительный теплоперепад ∆h_д = h₁-h_2д меньше располагаемого ∆h = h₁ − h₂. В результате этого действительная скорость истечения газа оказывается меньше теоретической.

Рис. Изоэнтропийный и действительный процессы истечения газа

в sh – диаграмме

 

Отношение разности располагаемого и действительного теплоперепадов (потери теплоперепада) к располагаемому теплоперепаду называется коэффициентом потери энергии

ζ_с = (∆h − ∆h_д)/∆h.

Отсюда

∆h_д = (1 − ζ_с)·∆h.

Коэффициентом потери скорости называется отношение действительной скорости истечения к теоретической

.

Коэффициент потери скорости, учитывающий уменьшение действительной скорости по сравнению с теоретической, в современных соплах равен 0,95 — 0,98.

Отношение действительного теплоперепада ∆h_д к теоретическому ∆h, или действительной кинетической энергии к теоретической называется коэффициентом полезного действия канала

.

или

.