ملخص بحث حول تحولات الطاقة في مرحلة العنفة البخارية ومثلثات السرعة وبروفيلات الشفرات
حلقة بحث جامعي
أهلاً بكم زوارنا الكرام على موقع الحل المفيد الموقع الإلكتروني التعليمي المتميز والمتفوق بمعلوماته الصحيحة كما نقدم لكم اجوبة مختصرة على أسالتكم المتنوعة من المناهج الدراسية والعلوم الثقافية والتاريخية والاخبارية باجابة مفيدة كما ننشر لكم أعزائي الطلاب في صفحة موقع( الحل المفيد alhlmfid. ) ملخص أهم الدروس وحلول الواجبات والمراجعات لجميع المواد الدراسية للفصل الدراسي الأول والثاني المنهج الجديد كما نقدم لكم إجابة السؤال التالي....بحث حول تحولات الطاقة في مرحلة العنفة البخارية ومثلثات السرعة وبروفيلات الشفرات
الحل هو
بحث جامعية بعنوان :
تحولات الطاقة في مرحلة العنفة البخارية
ومثلثات السرعة وبروفيلات الشفرات
عمليات تحول الطاقة في مرحلة العنفة البخارية:
تعرف المرحلة بأنها مجموع الفوهات الثابتة والمتحركة والملحقات التابعة لها . ينساب البخار في الفوهات الثابتة تحت تأثير فرق الضغط بين مدخلها ومخرجها , ونتيجة لتناقص مقطع الجريان يتسارع البخار وينخفض ضغطه من poعند مدخل الفوهات إلى p1 عند مخرجها ويزداد الحجم النوعي للبخارv .تنخفض كذلك درجة الحرارة Tنتيجة لتمدد البخار وهذا يعني تحول جزء من طاقة البخار الكامنة على شكل ضغط و حرارة إلى طاقة حركية . وهكذا فإن مهمة الفوهات الثابتة هي توليد الطاقة الحركية حيث تزداد سرعة البخار من Voعند المدخل إلى V1 عند مخرج الفوهات فيكون لدينا الخلاصة التالية : معادلة (1)
وكمهمة إضافية تقوم الفوهات الثابتة بتوجيه البخار بالزاوية المناسبة , حيث يخرج البخار بسرعة V_1بالزاوية a1 والتي تتعلق بدورها بشكل مقطع الشفرة (البروفيل) وزاوية وترهاa1b .يخرج البخار من الفوهات الثابتة بسرعة مطلقة V1 (بالنسبة لمراقب ثابت يقف خلف الشفرات الثابتة )إلا أنه يدخل إلى الفوهات المتحركة بسرعة نسبية W1 تنطبق في منحاها مع خط تناظر حواف الدخول للشفرة المتحركة إذ أن : معادلة (2)
u- السرعة المحيطية للمقطع 1-1 عند منتصف ارتفاع الشفرة ومن المفيد أن نذكر أن الشفرات هي جسم معدني مصمت له بروفيل معين , أما الفوهات فهي الفراغ الذي يتشكل بين الشفرات .
في الفوهات المتحركة تتم عملية تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية , وذلك نتيجةً لانعطاف الجريان ولفرق الضغط على السطحين المحدب والمقعر للشفرة بسبب عدم تناظرها (نظرية الجناح). يغادر البخار الشفرات المتحركة بسرعة نسبية W2 منطبقة على محور تناظر حواف الخروج للشفرة . أما السرعة المطلقة فيجب أن تكون محورية وأصغر ما يمكن .
إن عملية تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة ميكانيكية تتم بتوجيه البخار ذي السرعة العالية إلى الشفرات المتحركة فيقوم بتدويرها و هذا يتطلب انخفاض قيمة الطاقة الحركية بين مدخل ومخرج الــ (ف-م) لذلك فإن السرعة المطلقة عند مخرج الفوهات المتحركة يجب أن تكون صغيرة . وكلما كانت هذه السرعة أصغر هذا يعني أننا حولنا أكبر كمية ممكنة من الطاقة الحركية إلى عمل ميكانيكي . وهذا يخضع لمعادلة كمية الحركة حيث أن مقدار انخفاض كمية الحركة يساوي إلى قيمة القوة المحركة للشفرة.
من أجل رسم مثلثات السرع لا بد من الملاحظة أن تيار البخار يتألف من عدد هائل من الجزيئات . لدى خروج جزيئة من البخار من الفوهات الثابتة لا يمكن تحديد سرعتها واتجاهها بدون تحديد نوع المراقب . فالمراقب الثابت الذي يقف خلف الشفرات الثابتة أو يجلس على حافتها يرى أن جزيئة البخار تتحرك بسرعة V1 واتجاه قدره a1
لنفرض الآن أن الشفرات المتحركة ثابتة فإن المراقب الجالس على الحافة الأمامية للشفرة سوف يلاحظ أن سرعة الجزيئة هي أيضاً V1 واتجاهها 1 .لكن في الواقع فإن المراقب الجالس على حافة الشفرة المتحركة يتحرك معها بسرعة u ,لذلك ففي لحظة خروج الجزيئة من الفوهات الثابتة to سيراها كل من المراقبين الثابت والمتحرك في نفس المكان . لكن بعد مضي فترة من الزمن سينتقل المراقب المتحرك مع الشفرة إلى الأمام وسيجد أن الجزيئة تتخلف عنه , وبذلك فإن سرعتها واتجاهها ستختلف بالمقارنة مع المراقب الثابت . وهكذا نجد أن اتجاه السرعة النسبية وقيمتها يمكن الحصول عليهما من مثلث السرعة فيكون :
لدى مغادرة الجزيئة حافة الخروج للشفرة المتحركة سيراها مراقب ثابت بالاتجاه V2 , أما المراقب الذي يجلس على حافة المتحركة فسوف يبتعد عنها مع مرور الزمن , وبعد مرور فترة من الزمن tx سوف تشغل الجزيئة موقعاً معيناً بالنسبة للمراقب الثابت ولكن يكون المراقب المتحرك قد قطع مسافة معينة مبتعداً عن الجزيئة وسوف يراها وفق اتجاه آخر ويكون :
بما أن الجريان يتألف من عدد هائل من الجزيئات فإن هنالك أيضاً عدداً هائلاً من مثلثات السرعة يصطف إلى جانب بعض .
ذكرنا سابقاً أنه عند جريان البخار خلال الفوهات المتحركة سوف تنخفض قيمة السرعة المطلقة بسبب تحريكها للشفرات . أما السرعة النسبية فيمكن أن تتزايد قيمتها أو تتناقص تبعاً لنوع المرحلة فعلية أم رد فعلية .
يبين الشكل عمليات التمدد النظرية ABC والفعلية ADF على المخطط h-s حسب معادلة انخفاض الطاقة فإن فرق الانتالبي وفق شروط التوقف (الكنتالبي) hoo-ho2 ماهو إلا مقدار هبوط الحرارة المتحولة إلى عمل ميكانيكي على الشفرات المتحركة Wi .
إنشاء وحساب مثلثات السرع:
بما أن المرحلة تتألف من جزء ثابت وجزء متحرك , فإن مثلثات السرع تنتج عن وجود مراقب ثابت ومراقب متحرك .
مثلث الدخول :
يبين الشكل (5-4) فوهات ثابتة ومتحركة لمرحلة في عنفة بخارية مع مثلثات السرع ومن الملاحظ أن مثلث الدخول يبدأ بالنقطة A التي تنطبق على حافة الخروج للشفرات الثابتة وتنطبق النقطة B على حواف الدخول للشفرات المتحركة . تنطبق النقطة C في مثلث الخروج على حافة الخروج للشفرات المتحركة , وبالنسبة لمثلث الدخول فهو يحتوي العناصر التالية والتي ترتبط بالدليل السفلي (1) والذي يشير إلى مثلث الدخول :
سرعة خروج البخار من الفوهات الثابتة V1 ويتم حسابها من المخطط h-s
الزاوية a1التي تصنعها السرعة V1 مع السرعة المحيطية u . وهنا ينطبق منحى السرعة V1 على خط تناظر حواف الخروج للشفرات الثابتة
السرعة النسبية للدخول إلى الفوهات المتحركة W1
الزاوية Bالتي تصنعها W1 مع اتجاه السرعة المحيطية u
مثلث الخروج :
وهو المثلث الذي ترسمه جزيئة البخار عند مخرج الفوهات المتحركة , وذلك من وجهة نظر مراقب ثابت ومراقب متحرك . ويشمل هذا المثلث العناصر التالية :
سرعة خروج البخار المنطلقة من الفوهات المتحركة V2
الزاوية a2 التي تصنعها V2 مع اتجاه السرعة المحيطية u
السرعة النسبية لخروج البخار من الفوهات المتحركة W2
الزاوية B2 التي تصنعها W2 مع اتجاه السرعة المحيطية . وهنالك في المراجع العلمية عدة احتمالات لرسم مثلثات السرعة . وفي الكتاب الحالي يمكن استخدام أي احتمال , وذلك بغية الاعتياد على كافة الاحتمالات
لنقم بعملية حساب عناصر مثلثات السرعة لمرحلة عنفة محورية , وبفرض المعرفة المسبقة للمعطيات التالية :
ضغط التوقف Poo ,ودرجة حرارة التوقف Too فنحصل على انتالبي التوقف hoo من المخطط h-s . وبمعرفة الضغط خلف الفوهات الثابتة p1 يمكن تحديد هبوط الانتالبي النظري HOF .وفي حال إهمال السرعة الابتدائية Vo نحصل على الهبوط HOF
يمكن تحديد السرعة النظرية المطلقة لخروج البخار من الفوهات الثابتة V_1th بتطبيق معادلة انحفاظ الطاقة (قانون زونر) على طرفي الفوهة فيكون : معادلة (3)
وفي حال إهمال السرعة الابتدائية Vo تأخذ المعادلة السابقة الشكل التالي : معادلة (4)
بمعرفة عامل التمهل يمكن تحديد السرعة الفعلية للخروج : معادلة (5)
وفي حال إهمال السرعة الابتدائية يكون : معادلة (6)
ويتم تحديد عامل التمهل بالطرق التجريبية وتتعلق قيمته بسرعة الجريان ونوع الشفرات وعوامل أخرى.
تعطى قيمة الضياعات في الفوهات الثابتة بالعلاقة : معادلة (7)
معادلة (8) -عامل ضياعات الطاقة في الفوهات الثابتة .
بتحديد قيمة الضياعات _hfعلى المخطط h-s نحصل على عملية التمدد الفعلية AD حيث :
معادلة (9) ,وبمعرفة قيمة السرعة V1 زاوية الخروج a1 نستطيع رسم شعاع يدخل البخار إلى الفوهات المتحركة بسرعة نسبية W1 تنطبق على محور تناظر حواف الدخول , أي باتجاه انسيابي بحيث تكون الضياعات أصغرية . يمكن تحديد قيمة W1 بالفرق بين vوuبشكل تخطيطي أو من المعادلة : معادلة (10)
ومن مثلثات السرعة نجد : معادلة (11)
وبذلك نكون قد حددنا كافة عناصر مثلثات الدخول إلى الفوهات المتحركة . ونقوم الآن بتحديد عناصر مثلث الخروج من الفوهات المتحركة .
لإيجاد قيمة السرعة النسبية النظرية لخروج البخار من الفوهات المتحركة نطبق قانون انحفاظ الطاقة (قانون زونر) على طرفي الفوهات معادلة (12)
أما السرعة النسبية الحقيقية لخروج البخار من الفوهات المتحركة فهي أصغر من السرعة النظرية وتساوي: معادلة (13)
ونجد قيمة الضياعات في الفوهات المتحركة من العلاقة : معادلة (14)
.....
جامعة تشرين
كلية الهندسة الميكانيكية والكهربائية
هندسة القوى الميكانيكية / السنة الرابعة
المرجع : كتاب الآلات الحرارية العنفية