ノズルの等エントロピー効率:何、どのように、いくつかのタイプ、例

ノズルを使用する主な目的は、圧力を使用して流れる流体の速度を加速することです。 この記事では、ノズルの等エントロピー効率について説明します。

ノズルの等エントロピー効率は、同じ入口圧力と出口圧力での、ノズル出口での実際の運動エネルギーとノズル出口での等エントロピー運動エネルギーの比率です。

流体は、運動エネルギーの増加に伴って高圧から低圧に移動するときに、ノズル内で加速します。 ノズル内の摩擦損失により、流体KEが減少し、流体の温度が上昇して、エントロピーが増加します。

ノズルの等エントロピー効率
からのノズル Ariane 5 ロケット; 画像クレジット: ウィキペディア

ノズルは断熱条件下で操作されますが、ノズルの理想的なプロセスは等エントロピープロセスです。 実際に行われた作業とデバイスの等エントロピー条件下での作業を比較するために、等エントロピー効率と呼ばれるパラメーターが使用されます。

水ノズル; 画像クレジット: ウィキペディア

ノズルの等エントロピー効率とは何ですか?

等エントロピー過程は不可逆性を伴わず、断熱装置の理想的な過程として機能します。

タービン、コンプレッサー、ノズルは断熱条件下で作動します。 それらは真に等エントロピーではないため、計算の観点からは等エントロピーと見なされます。 等エントロピー効率は、ノズル、タービン、またはコンプレッサーのパラメーターであり、これらのデバイスが対応する等エントロピーデバイスにどれだけ効率的に近似するかを定義します。

理想化された等エント​​ロピー過程に近づくと、ノズルの性能が向上します。

ノズルのIsentropicEfficiencyは一般的に95%以上です。 したがって、適切に設計されたノズルの場合、不可逆性による損失は非常に小さくなります。

ノズルとは何ですか?

ノズルは、蒸気タービン、ガスタービン、ロケットで最も広く使用されている定常流装置です。

ノズルは、流れの方向だけでなく、流れの出口速度、質量、形状、および圧力を制御するために使用される、さまざまな断面積のパイプまたはチューブであることが多いデバイスです。 ノズル内部では、圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されます。つまり、圧力エネルギーを犠牲にして流体速度が増加すると言えます。

必要な流体の速度とマッハ数に応じて、ノズルは収束型、発散型、収束-発散型に分類できます。 ノズルは、亜音速と超音速の両方の流れに使用できます。

ラバールノズル; 画像クレジット: Wikipedia

上の図では、流れの方向に緑から赤に増加するおおよその流速を示すラバールノズル

ノズル式の等エントロピー効率

等エントロピー効率 ノズルの性能指標を表します。 等エントロピー過程と比較したノズルの性能の比較。

ノズルの等エントロピー効率は、同じ圧力間の等エントロピーエンタルピー降下に対する実際のエンタルピー降下の比率として定義できます。

ノズルの等エントロピー効率=実際のエンタルピー低下/等エントロピー低下

等エントロピー効率の式は、対応する理想化されたプロセスからの実際のプロセスの偏差の尺度です。 等エントロピー条件下でノズルによって行われる作業に対するノズルによって行われる実際の作業の比率は、等エントロピーノズル効率と呼ばれます。

ノズルの等エントロピー効率 ηN= ノズル出口での実際の運動エネルギー/ノズル出口での等エントロピー運動エネルギー。

理論的には、ノズル内のプロセスは等エントロピーと見なされますが、摩擦損失のため、プロセスは元に戻せません。

ノズル内の流れのエンタルピーエントロピー図

プロセス1-2:等エントロピープロセス

Process1-2 {}':実際のプロセス

ノズルの効率、

プロセス1-2の場合、SFEEを適用します。

 または、

プロセス 1-2' については、SFEE を適用し、

または、

h1 – h1 と h2 – h1` の値を代入する式 (2) から、次のようになります。

式(1)と(4)は 等エントロピー効率を計算するための式 ノズルの。

ノズルの等エントロピー効率を見つける方法は?

ノズルは流れの圧力を下げると同時に、流れを加速して推力を生み出します。

ノズルの表面との摩擦により、蒸気からある程度の熱損失が発生します。 摩擦によって失われたエネルギーが熱に伝達され、蒸気を乾燥または過熱する傾向があるため、摩擦効果によって蒸気の乾燥率も増加します。

流体力学の場合、よどみ点は流体の局所速度がゼロのままである点を示し、等エントロピーよどみ点は流体の流れが可逆的な断熱減速を経て速度がゼロになる状態を表します。

ガスには、実際の状態と等エントロピー状態の両方が使用されます。

よどみ点のエンタルピーエントロピー図。 画像クレジット: ウィキペディア

実際の停滞状態は、ゼロ速度への実際の減速に対して取得され、不可逆性も関連している可能性があります。 このため、実際の状態のプロパティでは停滞プロパティが逆になることがあり、等エントロピー停滞状態には合計プロパティという用語が適用されます。

等エントロピー停滞状態と実際の停滞状態はどちらも同じエンタルピー、同じ温度(理想気体の場合)ですが、等エントロピー停滞状態の場合、実際の停滞状態と比較して圧力が高くなる可能性があります。

ノズルの場合、流れの出口速度と比較して、入口速度は無視できます。

エネルギーバランスから、

ノズルの等エントロピー効率=実際のエンタルピー低下/等エントロピー低下

どこで1 =入口でのガスの比エンタルピー

h2a =実際のプロセスの出口でのガスの特定のエンタルピー

h2s =等エントロピー過程の出口でのガスの比エンタルピー

等エントロピー効率ノズルの例

:1.4MPaで蒸気がノズルに入る 2500 Cと無視できる速度で、115 KPaに拡大し、品質は97%乾燥します。 蒸気の出口速度を決定します。

世界: 与えられたデータ , 初期圧力, P1= 1.4MPa

 =14バー

初期温度、T1= 2500 C

最終圧力、P2=115KPa=1.15×105 Pa = 1.15 bar

出口での蒸気の質、x2= 0.97

出口速度、V2=?

初速度を無視して、出口速度、

初速度を考慮すると、

h1= 初期状態でのエンタルピー、つまり 1.14 MPa で、つまり 14 bar で 2500C、スチームテーブルから、

h1= 2927.6 KJ / Kg

h2=出口条件、つまり 115 KPa、つまり 1.15 bar でのエンタルピー x2= 0.97、スチームテーブルから

hf2= 434.2 KJ / kg

hfg2= 2247.4 KJ / kg

したがって、蒸気の出口速度、

上へスクロール