3 heat addition eqs
DESCRIPTION
3TRANSCRIPT
![Page 1: 3 Heat Addition Eqs](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081800/55cf91b6550346f57b8ff532/html5/thumbnails/1.jpg)
Ampliació de Motors a Reacció – Curs 2012-2013
1 Oriol Lizandra i Dalmases
HEAT ADDITION (STEADY STATE)
Consider a duct to which heat is added (numbering 3 the inlet section and 4 the outlet
section).
Conservation of momentum:
�� ���� = − ����
Conservation of energy:
�� �ℎ�� = � ���� + ���
Conservation of mass flow:
��� = ������
For simplicity, we’ll take flow area constant: � = ��
In addition
� = � �
���� = �� ���� + � ����� = ������ ���� − ������� �����
Momentum:
������� ���� = − ����� ���� − ������ �����
� ���� = − ����� − �� �����
���� = −� ���� ���� − 1��� �
Energy:
�������� ���� = ����� ���� − ������ ����� + ���
��
���
��
��
!�� !�
![Page 2: 3 Heat Addition Eqs](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081800/55cf91b6550346f57b8ff532/html5/thumbnails/2.jpg)
Ampliació de Motors a Reacció – Curs 2012-2013
2 Oriol Lizandra i Dalmases
��������� − � ���� = −������ ��� � ���� + ��� = ������ 1��� ���� � ������ − 1� + ���
������ "�� − 1# ���� = ������ � 1��� − 1� ���� + ���
������ ���� $ 1� − 1 − 1��� − 1% = ���
������ ���� & ��� − ��� − 1����� − 1�' = ���
�������� ���� & �� − 1��� − 1' = ���
→ )*)+ = ,-./.01234 − ,34 − , )5)+
� ���� = − ���� ������ − 1 = − 1����������� − 1 ���
→ / )/)+ = − ,-./.�2 − ,�3434 − , )5)+
1� ���� = 12�� ����� = 12 � ��� ��� � ��� �� = 12 � ��� � 2�� � ���� − ��� �� �����
1� ���� = 12 1��� � �2� ���� − ��� � � �����
1� ���� = 12 1��� � �2� ���� − ��� �����
1� ���� = − 12 1��� � &2 1������ − 1����� − 1 ��� + ��� 1������
��� − 1�� − 1 ���'
1� ���� = − 12 1����� � &2 �� − 1��� − 1 ��� + �� − 1� ��� − 1�� − 1 ���'
→ ,3 )3)+ = − ,4-./.01* , + 23434 − , )5)+
The momentum equation multiplied per � and added to energy equation yields
�� �ℎ�� + ��� ���� = ��� → ���� ��ℎ�� + � ����� = ���� ��� �ℎ + ��2 � = ���� �ℎ��� = ���
![Page 3: 3 Heat Addition Eqs](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081800/55cf91b6550346f57b8ff532/html5/thumbnails/3.jpg)
Ampliació de Motors a Reacció – Curs 2012-2013
3 Oriol Lizandra i Dalmases
������ ����� = ���
So adding heat always raises total temperature, and
��� = ��� + ������ → *89*8. = , + 5-./.01*8.
By definition, total pressure is
�� = � $1 + � − 12 ��% ::;<
1������� = 1� ���� + �� − 1 �� − 1��
1 + � − 12 ������
Using the momentum equation
1������� = − 1� �� ���� + ��
1 + � − 12 ������
1������� = − 1 � � ���� + ��
1 + � − 12 ������
1������� = 1 � 1����
�� − 1����� − 1 ��� − �� − 1�2���� �� ���1 + � − 12 ��
1 + ����� − 1 ���
1������� = = 2���� − 1 − ��
1 + � − 12 ��1 + ����� − 1 > �� − 1�2���� � ���
1������� = =2 + �� − 1��� − 1 − ���
"1 + � − 12 ��# ��� − 1� > �� − 1���2���� � ���
1������� = − 12���� � �� − 1���
"1 + � − 12 ��#���
1������� = − �� − 1���2���� ��
���
→ ,18)18)+ = − 2344-./.01*8
)5)+
![Page 4: 3 Heat Addition Eqs](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081800/55cf91b6550346f57b8ff532/html5/thumbnails/4.jpg)
Ampliació de Motors a Reacció – Curs 2012-2013
4 Oriol Lizandra i Dalmases
Combining this expression with
,3 )3)+ = − ,4-./.01* , + 23434 − , )5)+ = − , + 23434 − , ", + 2 − ,4 34#4-./.01*8)5)+
We get
23�34 − ,��, + 234� ", + 2 − ,4 34#
)3)+ = ,18)18)+
This in turn can be written as
1������� = = −2���1 + ���� + ��
"1 + � − 12 ��#> ����
which can easily be integrated between states 2 and 4, giving
18918. = , + 23.4, + 2394 ?, + 2 − ,4 394, + 2 − ,4 3.4
@22;,
By definition of total pressure it’s easy to find
191. = , + 23.4, + 2394
In a similar way
1� ���� = −2 ��� − 1��1 + ���� ���� → 1� ���� = 2 � �� − 2�1 + ���� ����
→ *9*. = �393.�4 �, + 23.4, + 2394�4
From these results one can find the remaining relations, the velocity ratio and the total
temperature ratio
/9/. = -.-9 = *9*. �191.�;, = �393.�4 , + 23.4, + 2394
*89*8. = �393.�4 �, + 23.4, + 2394�4 , + 2 − ,4 394, + 2 − ,4 3.4
![Page 5: 3 Heat Addition Eqs](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022081800/55cf91b6550346f57b8ff532/html5/thumbnails/5.jpg)
Ampliació de Motors a Reacció – Curs 2012-2013
5 Oriol Lizandra i Dalmases
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Tt/Tt*
&
Pt/Pt*
M
Heat addition
Tt/Tt*
Pt/pt*