Titel: | Ueber die Ausströmung der gesättigten Wasserdämpfe. |
Autor: | W. Schüle |
Fundstelle: | Band 318, Jahrgang 1903, S. 369 |
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Ueber die Ausströmung der gesättigten
Wasserdämpfe.
Von W. Schüle,
Breslau.
(Fortsetzung von S. 358 d. Bd.)
Ueber die Ausströmung der gesättigten Wasserdämpfe.
Vereinfachte Formel für den Verlauf der ψ Linie.
(Gl. 6 bezw. Fig. 1).
Durch die zuletzt behandelte Frage wird das Folgende nicht berührt, ausser inbezug
auf die Spannungsgrenze, bis zu welcher die ψ1 Formel zu gelten hat.
Es ist nach Gleichung 6.)
\varphi_1=\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}\cdot \left\{\left(\frac{p_a}{p_i}\right)^{\frac{2}{m}}-\left(\frac{p_a}{p_i}\right)^{\frac{m+1}{m}}\right\}}
Hierfür schreiben wir zunächst
\varphi_1=\frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}}\cdot \sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{2\cdot \frac{m-1}{m}}-\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{\frac{m-l}{m}}}
Die Exponenten 2\cdot \frac{m-1}{m} und \frac{m-1}{m} unter der Wurzel sind nun kleine Brüche,
äussersten Falles für trockenen Dampf und widerstandslosen Ausfluss mit
m = k =
1,135.
\frac{m-1}{m}=0,119 2\cdot \frac{m-1}{m}=0,238.
Ausserdem ist, wenigstens nach der älteren Annahme, \frac{p_i}{p_a} nicht grösser als rund
1,8. Nach der Exponentalreihe ist nun
\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{2\cdot \frac{m-1}{m}}=1+2\cdot \frac{m-1}{m}\,ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)+..
\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{\frac{m-1}{m}}=1+\frac{m-1}{m}\,ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)+..
Beide Reihen sind beim zweiten Glied abgebrochen, da sie bei der Kleinheit von
\frac{m-1}{m} und von ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right) das höchstens ln 1,8 = ∞
0,59 wird, rasch konvergieren. Nun wird
\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{2\cdot \frac{m-1}{m}}-\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{\frac{m-1}{m}}=\frac{m-1}{m}\,ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)
und daher
\varphi_1=\frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}}\cdot \sqrt{\frac{m-1}{m}\cdot ln\,\frac{p_i}{p_a}}
In dieser Formel kommen zwar keine gebrochenen Exponenten von \frac{p_i}{p_a} mehr vor,
dafür aber der natürliche Logarithmus und die Formel muss weiter vereinfacht werden,
wenn sie sich für Aufgaben mit veränderlichem \frac{p_i}{p_a} verwenden lassen soll.
Für die Werte von \frac{p_i}{p_a} zwischen 1 und 1,8, um die es sich handelt, kann
man mit guter Annäherung
ln\,\frac{p_i}{p_a}=2\cdot \frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}
setzen.
Es ist also
\varphi=\frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{2\,g\,\frac{k+1}{k-1}}\cdot \sqrt{2\cdot \frac{m-1}{m}\,\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}
Diese Näherungsformel besitzt um so grössere Genauigkeit, je kleiner \frac{p_i}{p_a} ist,
die Abweichungen nehmen mit zunehmendem \frac{p_i}{p_a} zu. Man erhält aber einen
Ausgleich der Fehlerverteilung, wenn man unter der Wurzel statt \frac{m-1}{m} den
Mittelwert
\frac{1}{2}\cdot (\frac{m-1}{m}+m-1)=\frac{m^2-1}{2\,m}
setzt. Dann wird
\varphi=\frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}\,\frac{m^2-1}{m}}\,\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}} 9.)
Diese Formel besitzt nun in bezug auf die Veränderliche \frac{p_i}{p_a} die wünschenswerte
Einfachheit und kann auch ohne wesentliche Beeinträchtigung der Genauigkeit nicht
weiter vereinfacht werden. Dass trotz der verschiedenen Abkürzungen und
Vereinfachungen die Genauigkeit über das ganze fragliche
Gebiet in praktisch zulässigen Grenzen geblieben ist, zeigt Fig. 2, in welcher die genauen Werte und die
Näherungswerte von ψ für zwei Grenzfälle aufgetragen
sind.Dadurch
unterscheidet sich diese Formel von anderen ähnlichen Abkürzungen, die nur
für ein beschränktes Gebiet in der Nähe des Verhältnisses \frac{p_i}{p_a}=1
gelten.
Bei der Anwendung der Formeln ist häufig nicht di,
sondern der Widerstandskoeffizient ξ gegeben. Es
ist
m=\frac{(1+\zeta)\cdot k}{1+\zeta\cdot k}
In der Formel für ψ und in den folgenden
Entwicklungen treten zusammengesetzte Ausdrücke. mit m
und k auf. So ist
Textabbildung Bd. 318, S. 370
Fig. 2.
m-1=\frac{k-1}{1+\zeta\,k} m+1=\frac{1+k+2\,\zeta\,k}{1+\zeta\,k}
\frac{m+1}{m}=\frac{1+k+2\,\zeta\,k}{(1+\zeta)\cdot k}
und der in ψ vorkommende
Ausdruck
\frac{k}{k-1}\cdot \frac{m^2-1}{m}=\frac{k}{k-1}\cdot \frac{k-1}{1+\zeta\,k}\cdot \frac{1+k+2\,\zeta\,k}{(1+\zeta)\cdot k}
=\frac{1+k+2\,\zeta\cdot k}{(1+\zeta)\cdot (1+\zeta\,k)}=\frac{1}{1+\zeta}\cdot \left(1+\frac{k+\zeta\,k}{1+\zeta\,k}\right)
=\frac{1}{1+\zeta}\,\left(2+\frac{k-1}{1+\zeta\,k}\right)=\frac{2}{1+\zeta}\cdot \left(1+\frac{1}{2}\,\frac{k-1}{1+\zeta\,k}\right)
Man kann daher ψ1 auch in der Form schreiben
\varphi_1=\frac{2\,p_a}{p_i}\,\sqrt{\frac{g}{1+\zeta}\cdot \left(1+\frac{1}{2}\,\frac{k-1}{1+\zeta\,k}\right)}
und
\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}
G_1=2\,F\cdot \frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{\frac{g}{1+\zeta}\cdot \left(1+\frac{1}{2}\,\frac{k-1}{1+\zeta\,k}\right)}
\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}\cdot \frac{p_i}{v_i}} 10.)Die
logarithmische Formel würde lauten:G=F\cdot \sqrt{\frac{2\,g}{1+\zeta}\,\frac{p_i}{v_i}\,\left(\frac{p_a}{p_i}\right)^2\cdot l\,u\,\frac{p_i}{p_a}}wenn man die Klammer unter der ersten Wurzel gleich l
setzt. In der Tat ist dies, besonders bei grösseren Werten von ξ ohne grossen Fehler möglich. Sogar mit ξ = 0 wird für k =
1,135 \frac{1}{2}\,\frac{k-1}{1+\zeta\,k} nur \frac{1}{2}\cdot 0,135=0,067 gegen 1, ein Verhältnis, das sich durch die
Quadratwurzel noch auf 0,034 gegen l reduziert. Für nasse Dämpfe und
grössere Widerstünde wird der Unterschied noch viel kleiner. Diese
logarithmische Formel, wie sie hier aus der Zeunerschen Gleichung abgeleitet wurde, ist identisch mit der
Formel von Navier, die nach Zeuner in allen Lehrbüchern der Physik
verwendet wird. Zeuner wendet sich (a. a. O. I
S. 249) mit Recht gegen die Ableitung und Benutzung dieser Formel für Gase, da sie „unzulässigen Annahmen
entsprungen ist“. Auf Wasserdämpfe braucht, wie die obige
Entwicklung erkennen lässt, dieses Urteil, wenigstens praktisch, nicht
ausgedehnt zu werden. Für nasse Wasserdämpfe stellt sie sogar eine recht
gute Annäherung an den Zeunerschen Ausdruck
vor. Für Gase ist dies freilich durchaus nicht der Fall, weil bei diesen k viel grösser ist (1,41 gegen 1,13 bei
Dämpfen); und deshalb die obige Reihenentwicklung nicht ohne bedeutenden
Fehler heim zweiten Glied abgebrochen werden kann.
Der Einfluss der Widerstände auf die
Ausflussmenge.
Aus Gleichung 10 ist dieser Einfluss leicht zu erkennen. Je feuchter die Dämpfe sind
(je kleiner also k) und je grösser die Widerstände,
umsomehr verschwindet die Bedeutung des zweiten Klammerglieds der ersten Wurzel
(vergl. Fussbemerkung 14), so dass man für nasse Dämpfe schreiben kann
G_1=2\,F\cdot \frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{\frac{g}{1+\zeta}}\cdot \sqrt{\frac{\frac{p_a}{p_i}-1}{\frac{p_a}{p_i}+1}\cdot \frac{p_i}{v_i}} 11.)
Aus dieser Gleichung ist zu entnehmen, dass die Ausflussmenge mit \frac{1}{\sqrt{1+\zeta}} abnimmt,
wenn ξ zunimmt, ganz gleichgiltig, wie gross der
Feuchtigkeitsgrad oder der sonstige Zustand der Dämpfe ist. Die Widerstände
verkleinern unter allen Umständen die Ausflussmenge in dem gleichen Verhältnis
\frac{1}{\sqrt{1+\zeta}}. Aus der ursprünglichen Gleichung 2.) ist es unmöglich, dies zu
erkennen.
Der Einfluss der Feuchtigkeit auf die Ausflussmenge.
Denkt man sich Wasserdämpfe von gleicher Spannung pi aber verschiedener Dampfnässe, d.h.
verschiedenem spezifischen Volumen vi, so übt ausser vi noch die Verschiedenheit der
Werte von k einen Einfluss auf das Gewicht G1; dieser letztere ist
aber, wie man wieder bei Beachtung des geringen Wertes von
\frac{1}{4}\,\frac{k-1}{1+\zeta\,k}
gegen{PROBLEM}unlesbar{PROBLEM} erkennt, so geringfügig, dass
er gegenüber dem anderen viel grösseren, besonders bei grösserem Feuchtigkeitsgrad,
zurücktritt. Ist nun vi das Volumen des trocken gesättigten
Dampfes, so ist x . vi sehr angenähert dasjenige des nassen Dampfes mit der spezifischen
Dampfmenge x. Für nassen Dampf wird also das Ausflussgewicht
im Verhältnis \frac{1}{\sqrt{x}}
grösser als für trockenen unter sonst gleichen
Verhältnissen.Vergl. den Einfluss
dieses Umstandes auf die Entleerungszeit von Dampfgefässen weiter
unten.
Für Dampf mit 20 v. H. Wassergehalt, also x = 1 – 0,2 =
0,8 ist z.B. das Ausflussgewicht in derselben Zeit \frac{1}{\sqrt{0,8}}=\infty\,1,11 mal oder um 11
v. H. grösser, als für trockenen Dampf.
Auch dies ist aus der ursprünglichen Gleichung 2.) nicht erkennbar, da sich dort der
Einfluss der Grössen k und m die beide den Feuchtigkeitsgrad enthalten,
nicht übersehen lässt.
Ausströmungszeit des gesättigten Wasserdampfes aus einem
Gefäss ohne Zufluss.
Die Ausflusszeit zerfällt im allgemeinen immer in zwei Teile, die Zeit, solange der
Mündungsdruck grösser ist als der äussere Druck, und die Zeit, während welcher beide
Drücke gleich sind. Für den ersten Teil hat WeyrauchWeyrauch, Zeitschr. d. V. deutsch. Ing. 1899,
S. 1164. eine genaue Formel gegeben, die weiter unten angeführt
wird. Für den zweiten Teil, dessen Bestimmung grösseren Schwierigkeiten begegnet,
hat GrashofGrashof, Theoretische Maschinenlehre. Bd. I S.
696. Gleichung 12. eine Näherungsformel entwickelt, für den Fall,
„dass der innere Druck nur wenig grösser ist als der äussere.“ Leider ist
dabei nicht näher angegeben, bis zu welchem Druckverhältnis die Formel Anwendung
finden soll. In seinem Beispiel wendet sie Grashof
selbst für ein Druckverhältnis \frac{p_i}{p_a}=1,25 an und dies erweist sich bei
näherer Durchsicht der Entwicklungen auch als die oberste Grenze. Man wäre demnach
in der Lage, mittels der Weyrauchschen Formel z.B. die
Zeit zu berechnen, welche bei Ausströmen des Dampfes in die Atmosphäre aus einem
geschlossenen Gefäss ohne Zufluss verstreicht, bis der Druck von 4 auf rund 1,8 Atm.
gesunken ist, nach der Grashofschen Formel die Zeit für
die Drucksenkung von 1,25 auf 1 Atm. Die dazwischen liegende Zeit von 1,8 bis 1,25
Atm. bleibt unbekannt.Fliegner gibt in der Zeitschr. d. Ver. deutsch.
Ing. 1901 S. 395 ein Näherungsverfahren an, dessen Richtigkeit aber nur für
Gase erwiesen ist, und das auch für Dämpfe schwerlich durchführbar sein
wird. Das von Weyrauch a. a. O. mitgeteilte
Verfahren durch stufenweise Integration ist durch den Umstand beschränkt,
dass ψ1
bei kleinen Spannungsverhältnissen, besonders nahe gegen \frac{p_i}{p_a}=1 hin, sehr stark veränderlich ist. Auf die
Zwischenzeit in dem obigen Beispiel könnte es zwar wohl angewendet werden.
Das ganze Verfahren würde aber dadurch sehr umständlich, da für die drei
Zeitabschnitte drei verschiedene Methoden benutzt werden müssten.
Mit Hilfe der Gleichung 10.) lässt sich jedoch die Aufgabe vollständig lösen und ein
einfacher geschlossener Ausdruck für die Zeit aufstellen.
Entwicklung der Formel für den Teil der Entleerungszeit,
während dessen der Mündungsdruck gleich dem äusseren Druck ist.
Das Ausflussgewicht in
dt Sekunden ergibt sich aus der
Ausflussformel
d\,G=\alpha\,\varphi\,F\cdot \sqrt{\frac{p_i}{v_i}}\cdot d\,t . . 12.)
da während der kleinen Zeit dt die Druckänderung im Behälter verschwindend klein ist. α ist der Kontraktionskoeffizient.
Der im Gefäss zurückbleibende Dampf führt eine Zustandsänderung aus, die wesentlich
durch den Einfluss der Gefässwände auf den Wärmezustand bedingt ist. Man pflegt zu
setzen
pi . vir = p1 . v1r . . . 13.)
worin pi der Druck zur beliebigen Zeit t, p1 der
Anfangsdruck ist. (Desgl. vi und v1 die zugehörigen spezifischen Volumina.)
Bei Gefässwänden, die weder Wärme annehmen, noch abgeben, noch weiterleiten, wäre
r = k, die
Zustandsänderung adiabatisch. Gerade bei feuchten Dämpfen wird jedoch für den
vorliegenden Fall von adiabatischer Zustandsänderung keine Rede sein können, weil
erstens die Gefäss wände, die aus Metall bestehen, die Wärme an das im Dampf
suspendierte Wasser leicht abgeben oder von ihm aufnehmen; und aus dem zweiten
Grunde nicht, weil bei dem allmählich geringer werdenden Druck die Temperatur des Dampfes stetig sinkt und das dadurch
zwischen der heissen Gefässwand und dem Dampf hervortretende Wärmegefälle den
Wärmeübergang von den Wänden zum Dampf sehr befördert. Von den Dampfmaschinen her
ist ja bekannt genug, dass die Expansionslinie durch die heissen Gefässwände eine
nicht unbeträchtliche Erhöhung über den adiabatischen Verlauf erfährt. – Die grösste
Rolle wird die Zeit spielen. Ist diese bis zum
vollständigen Druckausgleich sehr klein, so wird sich die Zustandsänderung der
Adiabate nähern; dies ist der Fall, wenn die Ausflussöffnung gross ist.Davon hat z.B. Hirn bei seinen Versuchen über die adiabatische Expansion des
überhitzten Dampfes Gebrauch gemacht. Dagegen wird r < k sein, die
Zustandsänderung unter Wärmezufuhr vor sich gehen, wenn die Ausflussöffnung relativ
klein ist und daher die Zeit für den Druckausgleich gross. Einen besonders einfachen
Fall stellt r = 1 vor, der dann eintreten kann, wenn
sich der Dampf in einem Gefäss befindet, dessen Wände zu Beginn der Ausströmung
höhere Temperatur besitzen, als der Dampf selbst (z.B. bei Ausströmen aus
Dampfmaschinenzylindern).
Aus der Beziehung Gleichung 13.) folgt nun
v_1=\left(\frac{p_1}{p_i}\right)^{\frac{1}{r}}\cdot v_1
somit
\frac{p_i}{v_i}=\left(\frac{p_i}{p_1}\right)^{1+\frac{1}{r}}\cdot \frac{p_1}{v_1}
Die Gleichung 12.) geht hiermit über in:
d\,G=\alpha\,\varphi\,F\cdot \sqrt{\frac{p_1}{v_1}}\,\left(\frac{p_i}{p_1}\right)^{\frac{1}{2}+\frac{1}{2\,r}}\cdot d\,t
Nach unserer Gleichung 9.) für ψ ist hierin
\varphi=\frac{p_a}{p_i}\,\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}\,\frac{m^2-1}{m}}\,\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}
somit
d\,G=\beta\cdot \left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{\frac{1}{2\,r}-\frac{1}{2}}\cdot \sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}\cdot
d\,t, worin
\beta=c\,F\cdot \sqrt{\left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{\frac{1}{r}}\cdot \frac{p_a}{v_1}\cdot 2\,g\,\frac{k}{k-1}\cdot \frac{m^2-1}{m}}
Die Bedingung der Aufgabe, dass das Gesamtvolumen V des
Rückstandes konstant bleibt, führt ferner zu folgendem Ausdruck für dGVergl.
Grashof, Theor. Maschinent. I S. 693 und
Weyrauch, a. a. O.. Ist G1 das
Gesamtgewicht zur Zeit t = t1, Gi das Gewicht des
Behälterrückstandes zur beliebigen Zeit t, so ist
während t – t1
Sekunden ausgeströmt
G = G1
– Gi
Nun ist nach der Definition des spezifischen Volumens
V = G1v1 = GiVi
somit
G=G_1\cdot \left(1-\frac{v_1}{v_i}\right)
daher differentiert
d\,G=-G_1\cdot d\,\frac{v_1}{v_i}
Nach der Zustandsgleichung ist hierin
\frac{v_1}{v_i}=\left(\frac{p_i}{p_1}\right)^{\frac{1}{r}}
somit
d\,G=-\frac{1}{r}\,G_1\cdot \left(\frac{p_i}{p_1}\right)^{\frac{1}{r}-1}\cdot d\,\left(\frac{p_i}{p_1}\right)
Durch Gleichsetzen beider Ausdrücke für dG folgt
alsdann
d\,l=-\cdot \frac{G_1}{\beta\cdot r}\,\frac{\left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{\frac{1}{r}}}{\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{1-\frac{1}{r}}\cdot
\frac{\frac{p_1}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}}
Wir setzen zur Abkürzung
c=\frac{G_1}{\beta\cdot r}\cdot \left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{\frac{1}{r}}
oder mit dem Wert von β
c=\frac{1}{r}\cdot \frac{v}{a\,F}\cdot \frac{1}{\sqrt{2\,g\,\left(\frac{k}{k-1}\right)\,\frac{m^2-1}{m}\,\left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{1-\frac{1}{r}}\cdot
p_1\cdot v_1}}
Es ist nun die Gleichung
d\,t=-c\cdot \frac{d\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)}{\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{1-\frac{1}{r}}\cdot \frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}}
zu integrieren, um die Ausflusszeit für beliebige
Druckabnähme zu erhalten. Es ist
t-t_1=-c\cdot \int_{t_1}^t\,\frac{d\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)}{\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{1-\frac{1}{r}}\cdot
\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}}
Um die Integration in einfacher, geschlossener Form zu ermöglichen, setzen wir
\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^{\frac{1}{r}-1}}=\left(1+\left(\frac{p_i}{p_a}-1\right)\right)^{\frac{1}{2\,r}-\frac{1}{2}}=1-\frac{1}{2}\,\left(1-\frac{1}{r}\right)\,\left(\frac{p_i}{p_a}-1\right)+..
Die Reihe kann unbedenklich mit dem zweiten Glied abgebrochen werden, da \frac{1}{2\,r}-\frac{1}{2}
immer sehr klein ist (für adiab. Zust.-Aend. rd. – 0,03, für r = 1 sogar = 0), und \frac{p_i}{p_a}-1 höchstens 0,8 sein kann. Es ist nun
t-t_1=-c\cdot \int_{t_1}^t\,\frac{1-\frac{1}{2}\,\left(1-\frac{1}{r}\right)\,\left(\frac{p_i}{p_a}-1\right)}{\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}-1}{\frac{p_i}{p_a}+1}}}\,d\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)
Da nun
\int\,\sqrt{\frac{\frac{p_i}{p_a}+1}{\frac{p_i}{p_a}-1}}\,d\,\left(\frac{p_i}{p_a}\right)
=\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^2-1}+ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}+\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^2-1}\right)
und
\int\,\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}+1\right)\,\left(\frac{p_i}{p_a}-1\right)}\cdot d\,\frac{p_i}{p_a}
=\frac{1}{2}\cdot \frac{p_i}{p_a}\,\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^2-1}\cdot \frac{1}{2}\,ln\,\left(\frac{p_i}{p_a}+\sqrt{\left(\frac{p_i}{p_a}\right)^2-1}\right)
so folgt mit \frac{p_i}{p_a}=E.
t-t_1=c\cdot \left[_{E_1}^E-\sqrt{E^2-1}-ln\,(E+\sqrt{E^2}-1)\right
+\frac{1}{4}\,\left(1-\frac{1}{r}\right)\,E\,\sqrt{E^2-1}
\left-\frac{1}{4}\cdot \left(1-\frac{1}{r}\right)\,ln\,(E+\sqrt{E^2-1})\right]
Denkt man an die Zeit, die bis zum vollständigen Druckausgleich verstreicht, wo
also \frac{p_i}{p_a}=E-1 wird, so erhält man
t-t_1=t_e=c\cdot \left[\left(1-E\cdot \frac{r-1}{4\,r}\right)\,\sqrt{E^2-1}\right+\frac{5\,r-1}{4\,r}\cdot ln\,(E+\sqrt{E^2-1})]
worin nun E=\frac{p_1}{p_a} für den Anfangszustand gilt. Mit dem Wert
von c ist
t_e=\frac{V}{r\,a\,F}\cdot \frac{1}{\sqrt{2\,g\,\frac{k}{k-1}\,\frac{m^2-1}{m}\,\left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{1-\frac{1}{r}}\cdot
p_1\,v_1}}\cdot
\cdot \left[\left(1-E\cdot \frac{r-1}{4\,r}\right)\,\sqrt{E^2-1}\right
\left+\frac{5\,r+1}{4\,r}\,ln\,(E+\sqrt{E^2-1})\right] . . 14.)
Setzt man für \frac{k}{k-1}\cdot \frac{m^2-1}{m} den meist zulässigen Ausdruck \frac{2}{1+\zeta}, so wird
t_E=\frac{V}{6,3\,r\,a\,F}\,\frac{1}{\sqrt{\frac{p_1\,v_1}{1+\zeta}\,\left(\frac{p_a}{p_1}\right)^{1-\frac{1}{r}}}}
\cdot \left[\left(1-E\,\frac{r-1}{4\,r}\right)\,\sqrt{E^2-1}\right
\left+\frac{5\,r-1}{4\,r}\cdot ln\,(E+\sqrt{E^2-1})\right]Es ist absichtlich
statt 6,26 der etwas erhöhte Wert 6,3 gesetzt, um dem etwas zu kleinen
Betrag von \frac{2}{1+\zeta} Rechnung zu tragen. 14a.)
Für r = 1 wird
t_e=\frac{V}{6,3\,a\,F}\,\frac{1}{\sqrt{\frac{p_1\,v_1}{1+\zeta}}}\cdot [\sqrt{E^2}-1+ln\,(E+\sqrt{E^2-1})] 15.)
Der Einfluss der Feuchtigkeit ist auch hier wieder fast
allein durch den Wert \frac{1}{\sqrt{v_1}} bedingt. Ist also x
die spezifische Dampfmenge, so verhalten sich die Ausflusszeiten von trockenem und
nassem Dampf unter gleichen Verhältnissen wie \frac{1}{\sqrt{x}}. Der nasse Dampf braucht
also längere Zeit, als der trockene, um auszuströmen, da x ein echter Bruch ist. Für 20 v. H. Feuchtigkeit ist z.B. die Zeit
\frac{1}{\sqrt{0,8}}=1,11 mal so gross, als für den trockenen Zustand, wenn in beiden Fällen die
Spannung um den gleichen Betrag sinken soll.
(Schluss folgt.)