ТЕПЛОФИЗИКА И ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
64
Отверстие в тонкой стенке отвечает условию
δ
≤
0,2
⋅
d
о
(
δ
- толщина стенки,
d
о
- диаметр выходного отверстия).
Коэффициенты
µ
и
ϕ
зависят от числа Re, подсчитанного по диаметрy
d
о
в
качестве определяющего размера (Rе =
ω
d
о
/
V'
). При ламинарном режиме
(Rе = 2300) коэффициент
µ
возрастает в связи с повышением коэффициента
скорости
ϕ
. В пределах переходного режима
µ
несколько снижается и при
Re > 10000 стабилизируется.
Как указывалось выше, на поду печи устанавливается давление, близкое к
атмосферному. Разность давлений (Н/м
2
), обусловливающая процесс истечения,
при этом равна
Р
1
–
Р
2
=
gH
(
ρ
в
-
ρ
г
), где
Н
- высота отверстия над уровнем
пода. В этом случае скорость и расход при истечении подсчитывают по
формулам
г г в
)
( g2
ρ ρ−ρ
ϕ=ω
H
,
г г в
)
( g2
ρ ρ−ρ
µ=′
H F V
.
При расчете мазутных форсунок высокого давления, струйных аппаратов и
в ряде других случаев возникает необходимость определения скорости и
расхода при истечении газа высокого давления. В этом случае истечение
протекает в условиях адиабатного расширения, особенности которого
рассмотрены ниже. При этом используются следующие расчетные формулы.
Скорость истечения (м/с) при полном расширении можно определить по
уравнению
(
)
]
1[
)1 ( 2
/)1 (
1
1
K K
PP RT KgK
−
−
−
−
=
o
o
ϕ
ω
,
(3.46)
где
К
- показатель адиабаты (для двухатомных газов 1,4);
R
- газовая
постоянная, Дж/(кг
⋅
К);
Т
о
- начальная температура газа, К;
Р
о
и
Р
1
- начальное
и конечное давления, Па;
g
- ускорение силы тяжести, м
2
/с.
Расход при истечении рассчитывается следующим образом в объемных
(м
3
/ч) и массовых (кг/ч)единицах.
V'
1
=
µ
F
ω
3600;
(3.47)
(
)
K
P
P
V
V
G
1
o 1 01 11
ρ′ =ρ′ =
.
(3.48)
Когда отношение
β
=
P
1
/
P
о
достигает некоторой критической величины
β
кр
характер истечения резко меняется. На выходе при этом создается постоянная
скорость, равная скорости звука, которая определяется по формуле
) 1(
2
K KRT
+
=
o
кр
ω
.
(3.49)
Давление в выходном сечении при этом устанавливается равным
P
кр
=
β
кр
P
о
.
(3.50)
Критическое отношение
β
кр
составляет: для двухатомных газов - 0,528; для
трехатомных газов - 0,546 и для перегретого пара - 0,56. Применением
суженно-расширяющих
сопел (Лаваля) можно достигнуть полного расширения
