Question 5.24: Air enters a frictionless adiabatic converging nozzle at 10 ...

Air enters a frictionless adiabatic converging nozzle at 10 bar 500 K with negligible velocity. The nozzle discharges to a region at 2 bar. If the exit area of the nozzle is 2.5 cm², find the flow rate of air through the nozzle. Assume for air c_{p} = 1005 J/kg K and  c_{v} = 718 J/kg K.                                                                                                                                                                                                              (GATE)

The blue check mark means that this solution has been answered and checked by an expert. This guarantees that the final answer is accurate.
Learn more on how we answer questions.

Refer Fig. 26.
Given : p_{1} = 10 bar ;  T_{1} = 500 K ;  C_{1} = 0 ; p_{2} = 2 bar ; A_{2} = 2.5 cm² ; c_{p} = 1005 J/kg K ; c_{v} = 718 J/kg K.

Flow rate of air, Q :

γ   =  \frac{c_{p}}{c_{v}}   =  \frac{1005}{718}    =  1.4

For the isentropic process 1-2 in the nozzle,

\frac{T_{1} }{T_{2} }   =   ( \frac{p_{1}}{p_{2}})^{\frac{γ   –   1}{γ}}

or                                      \frac{500 }{T_{2} }   =   ( \frac{10}{2})^{\frac{1.4   –   1}{1.4}}   = 1.584

∴                                                        T_{2}   =  \frac{500 }{1.584 }    =  315.6 K

Now,                                                    \frac{C_{2} ²   –    C_{1}² }{2}    =  h_{1}    –    h_{2}

or                                                            C_{2} ²   –    C_{1}²  =    2  (h_{1}    –    h_{2})

or                                                            C_{2}  =   \sqrt{2  (h_{1}    –    h_{2})}                                                           (∵     C_{1}    = 0)

=     \sqrt{2   c_{p}  (T_{1}  –    T_{2})} 

=     \sqrt{2    ×     1005 (500   –   315.6)}     =  608.8 m/s

∴                           Flow rate of air,               Q = A_{2}C_{2} 

= 2.5  ×   10^{–4}  ×  608.8

= 0.1522 m³/s.

524

Related Answered Questions