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文档简介

气体动力学基础,目 录,等截面绝热磨擦管流 等截面换热管流 等截面变流量管流,等截面绝热磨擦管流,意义:,得到摩擦对亚音速、超音速气流流动变化趋势的原则性影响,假设:,流动为1D定常流动 与外界无机械功交换 无热量的交换 管道等截面 非等熵流动,基本物理模型,等截面绝热磨擦管流,基本方程组:,如何描述热力学发展方向?,等截面绝热磨擦管流,基本方程:,工程热力学(定比热完全气体):,等截面绝热磨擦管流,范诺曲线族的有限形式:,满足等截面连续方程、绝能流能量方程和状态方程的点的连线 Fanno线上,总焓和密流为常数。,等截面绝热磨擦管流,范诺曲线族的微分形式:,连续方程能量方程,热力学熵的定义,内能,等压膨胀功,定比热完全气体,微分形式得范诺线,等截面绝热磨擦管流,流动状态变化必定趋向右方热力学2nd定律,亚音管流中摩擦导致焓降、温降、加速,亚音,超音,超音管流中摩擦导致焓升、温升、减速,出现音速管流是摩擦管流的终态,定比热完全气体摩擦管流的最重要基本物理性质:趋向于音速,等截面绝热磨擦管流,如何确定p的升降?,等截面绝热摩擦管流的微分控制方程组,状态方程,能量方程,质量方程,等截面绝热磨擦管流,带管壁摩擦的动量方程,摩擦系数f,总压定义,M定义,等截面绝热磨擦管流,冲量函数定义,绝能管流中的熵,等截面绝热磨擦管流,微分方程组:8个方程,9个微分变量,由于引起气流参数变化的原因是气流与固壁粘性摩擦,可以4f*dx/D作为自变量,得到(4-41)(4-48),单纯的摩擦不能使亚音气流变为超音,也不能使超音变为亚音,等截面绝热磨擦管流,摩擦管流的积分解,分析方法,无量纲化或归一化处理,即将任意一点处的管流参数与临界点处的管流参数进行关联。 (p184),积分求解(p183),等截面绝热磨擦管流,摩擦壅塞,摩擦使得管中部出现临界截面,换热管流,应用及意义:,燃烧室、高速风洞、输气管道、汽暖等等。 加热对流动变化趋势的原则性影响,以及按气动基本方程组求解加热管流的终态,基本物理模型,1D定常流动 等截面直管 无机械功交换 无摩擦作用 气体化学成份不变 比热比随温度不变,换热管流,开放体系的熵增定义:,无摩擦(等熵),有摩擦(不等熵),描述其气动热力学特征:质量连续、动量连续、状态方程等,瑞利曲线h-s图,基本方程组:,开放体系,孤立体系,换热管流,瑞利曲线的有限形式 Rayleigh Curve,定比热比完全气体焓熵定义,质量守恒和冲量定义,对于流量和面积均已给定的换热管流,压强仅是密度的反比函数,而解除了温度的通常影响。由上3式即可绘制h-s图,给定压强 =求密度=求焓熵=瑞利曲线 线上密流和冲量为常量,换热管流,换热管流,瑞利曲线的微分形式 Rayleigh Curve,对于非孤立体系(有热交换),由图可知:熵增大对应于亚音速加热加速过程(上半支)、超音速气流加热减速过程(下半支)。非孤立体系存在熵减过程(减热过程),与摩擦管相同之处:加热管总使超/亚音气流趋于音速管流。 不同之处:存在减热现象,即可逆的加热过程,而摩擦总使机械能损耗成热能(不可利用) ,不可逆,换热管流,等截面换热管流微分方程组(p193),8个方程:三个守恒方程、状态方程、马赫数、总压、总温、熵的定义(4-66)(4-73) 9个微分变量:,由于引起气流参数变化的原因是加热,可以dT*/T*作为自变量,得到(4-74)(4-80),(466),换热管流,等截面换热管流微分方程组,热阻,换热管流,换热管流的工程计算,利用换热管流的四大方程简化形式,可用任意一种气动方程组形式求解,如气动函数形式,由动量方程可得,由质量方程可得,用于进出口求解总温比总压比与进出口速度系数之间的关系,换热管流,由状态方程可得,由能量方程可得,用于求解到进出口静压、静温、密度比与进出口速度系数的关系,用于求解加热量与进出口总温比的关系,换热管流,加热壅塞现象,亚音加热,超音加热,超音加热,全管亚音,换热管流,存在临界加热量 对于给定总温总压,亚音速气流的起始马赫数存在最小值,超音速气流起始马赫数存在最大值,亚音速气流的起始马赫数越大,或超音速气流起始马赫数越小,则临界加热量越小,换热管流,凝结突跃,总结,凝聚突跃:超音气流速度突然下降,密度、温度、压强、总温突然上升,总压下降。强度取决于加热量,激波:速度由超音变亚音,强度由波前马赫数确定,总温不变。,变流量管流,应用及意义:,火箭发动机药柱孔内的燃气流动、液体蒸发器、发汗冷却凝管等等。 建立流量变化的管流发展趋势概念:使气流趋于音速,若加入的流体带动主流,熵减;反之,熵增,基本假设,无摩擦 无机械功输入输出 流路面积不变 无化学反映 在控制体内完全掺混均匀(出口处截面参数均匀) 无热量加入(加热流与主流总焓、比热比、气体成份相同),变流量管流,基本方程的变化部分(与前相比的特殊变化),流量方程,动量方程x,略高阶项dmdv 除以pA,能量方程,状态方程,变流量管流,加质量流规律(p201表4-9),使超音流减速、使亚音速加速均趋于音速流动 不管超音、亚音流,附加流带动

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