4. FLUIDI AERIFORMI NEI CONDOTTI - Corsi di Laurea a Distanza ...

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Politecnico di Torino Laurea a Distanza in Ingegneria Meccanica – Corso di Macchine La precedente relazione, applicata ai due effusori, permette il calcolo delle due aree di sbocco che valgono rispettivamente: AuI = 14.55 cm 2 e AuII = 21 cm 2 . 4.8 ESERCIZI 1) Calcolare la portata e la velocità del getto di un endoreattore con effusore refrigerato, per il quale le condizioni in camera di combustione sono di 18 ata e 3500 K, la pressione esterna (di adattamento) di 0.5 ata. L’espansione è politropica con esponente m = 1.19, il gas ha massa molecolare pari a 25 kg/kmol, l’esponente k = 1.2, il calore massico scambiato è pari a 30 kcal/kg, la sezione di sbocco A2 = 20 cm 2 . [Risultati: c2 = 2413 m / s; • m = 0.36 kg / s] 2) In un ugello convergente - divergente del distributore di una turbina a vapore si fanno espandere 3.5 kg / s di vapor d’acqua da 30 bar e 500 °C (c1 = 0 m / s) fino a 10 bar. Ammettendo isentropica l’espansione, calcolare la sezione finale del condotto e valutare l’area della sezione ristretta. [Risultati: c2 = 825.8 m / s; A2 = 11.8 cm 2 ; k = 1. 257; Amin = 10.4 cm 2 ] 3) Un ugello semplicemente convergente con condizioni a monte 5 ata e 150°C (c1 =0 m / s), e pressione di valle 2 ata lascia passare 3 kg / s di aria (k = 1.4, R = 287 J / (kg*K)). Calcolare la velocità e la temperatura nella sezione si sbocco per una espansione isentropica. Calcolare inoltre la nuova portata se le condizioni di monte diventano 10 ata e 300 °C e la pressione di valle 4 ata. [Risultati: c2 = 376. 34 m / s; t2 = 79. 5 °C; m' • = 5.15 kg / s] 4) Ad un ugello adiabatico, ma con resistenze passive, perviene azoto (k = 1.4, M = 28 kg / kmol) a 7 ata e 500 °C (c1 = 100 m / s). Sapendo che la sezione di sbocco è pari a 2 cm 2 e che le condizioni di adattamento si verificano per pressione di sbocco di 2 ata e 300 °C di temperatura, trovare la portata, la velocità di sbocco e il valore di LW. [Risultati: • m = 0.15 Kg / s, c2 = 652.6 m / s, LW = 9.65 kcal / kg] 5) Un ugello convergente - divergente espande isentropicamente aria (k = 1.4, cp = 0.24 kcal / kg). Nella sezione ristretta di area Amin = 100 cm 2 si ha cs = 400 m / s con ps = 1.02 ata. In uscita la pressione di adattamento è pari a p2 = 0.102 ata. Calcolare la portata, la velocità dell’aria e l’area della sezione di sbocco. Determinare inoltre nella sezione di sbocco la pressione limite e la relativa velocità. [Risultati: ts = 124 °C; • m = 3. 5 Kg / s; c2 = 738 m / s; A2 = 280 cm 2 ; p 0 = 1. 93 ata; t 0 = 204 °C; plim = 1. 87 ata; clim = 95 m / s] Appunti del Corso (Docente: Fabio Mallamo) 4. Moto degli Aeriformi nei Condotti - pag. 55
Politecnico di Torino Laurea a Distanza in Ingegneria Meccanica – Corso di Macchine 6) Un diffusore adiabatico riceve aria (k = 1.4; R = 287 J / (kg*K)) a pressione 1.4 ata e temperatura 320 K, con velocità 250 m / s. Volendo ridurre la velocità a soli 50 m / s, calcolare la pressione raggiunta dall’aria in uscita al diffusore, sia nell’ipotesi di compressione isentropica sia nell’ipotesi di compressione reale con rendimento del diffusore pari a 0.9. [Risultati: pd = 1.91 ata; p’d = 1.85 ata] 7) Un diffusore reale riceve nella sezione d’ingresso (area trasversale A = 100 cm 2 ) aria (k = 1.4, cp = 1004 J / (kg*K)) alla velocità c1 = 300 m / s con p1 = 100 kPa e t1 = 30 °C. Nella sezione d’uscita la velocità dell’aria è pari c2 = 30 m / s. L’evoluzione nel diffusore può essere considerata una politropica di esponente m = 1.5. Le resistenze passive nel diffusore dissipano un lavoro Lwd equivalente al 20% della variazione di energia cinetica nel diffusore stesso. Determinare la pressione in uscita al diffusore, l’area A2 trasversale della sezione di uscita, la quantità di calore Qe eventualmente scambiata nel diffusore con l’esterno (specificando se il diffusore è refrigerato o riscaldato). [Risultati: t2 = 71.4 °C; p2 = 146.8 kPa; A2 = 774 cm 2 ; Qe = -2974.4 J / kg, diffusore refrigerato] Appunti del Corso (Docente: Fabio Mallamo) 4. Moto degli Aeriformi nei Condotti - pag. 56
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