第八章 气体与蒸气的流动

第八章气体和蒸气流动,气体、蒸汽在管路设备中的流动,喷管、扩压管、阀门、孔板等,8-1稳定流动的基本方程式,一、连续性方程,对方程微分、整理后得：,二、稳定流动能量方程式,对于微元过程可写成：,任一截面上气体的焓和动能之和恒为常数：,对于理想气体，并且比热容为定值，则：,滞止温度,思考：1.飞机迎风面的温度？2.温度测量应注意什么？,理想气体的滞止压力：,p和T为任一截面上的压力和温度。,对于水蒸汽：,三、过程方程式,对方程微分后得：,四、声速方程,声速：微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度。,气体介质中，压力波传播近似可看作定熵过程。即：,对于理想气体：,气体流速与当地声速之比马赫数,8-2促使流动改变的条件,流道截面积的变化与气体体积变化相配合，就可减小气体膨胀的不可逆性。,一、力学条件,微分形式：,将马赫数代入，得：,二、几何条件,将连续性方程代入上式，得：,Ma1超音速:dA0,dA的正负取决于比体积的增长率和速度增长率,喷管,临界截面,喉部截面是从Ma1的转换面临界截面（Ma=1),扩压管,8-3喷管的计算,一、流速计算及其分析,1、流速计算的公式,任意截面：出口截面：,入口速度cf1较小时，可忽略,2.状态参数对流速的影响,或,最大流速,p2/p1等于1时，气体不流动，流速为零；p2/p1趋于零时，流速达到最大。实际上达不到（v趋于无穷大，截面积趋于无穷大）。,3.临界压力比,临界截面上的流速：,等于当地音速：,3.临界压力比,将,代入得：,cr=pcr/p0为临界压力比，则得：,简化后得：,取值见课本P.241,将临界压力比公式代入流速公式，得临界流速：,对于理想气体：,二、流量计算,或,最大流量,三、喷管外形选择和尺寸计算,1.外形选择,外形根据背压（喷管出口外界压力）选择：,pbpcr：亚音速，渐缩喷管,Pb1时，超音速，渐扩。缩放喷管,2.尺寸计算,渐缩喷管：计算出口截面积A2,缩放喷管：计算最小截面和出口截面及扩展部分长度：,缩放喷管,8-4背压变化时喷管内流动过程分析,1.渐缩喷管,p0,p0,2.缩放喷管,p2为原设计压力,8-4有摩阻的绝热流动,这一流动方程也适用于不可逆的绝热流动,速度系数：,能量损失系数,8-5绝热节流,h1=h2,绝热节流的特点：,理想气体：,实际气体：,节流过程的温度变化,对于焓值不变的过程,绝热节流温度效应焦汤系数,由实验确定焦耳和汤普逊分别做实验,热效应,零效应,冷效应,焦汤实验,保持p1,T1不变，改变开度，得到不同出口状态，连成定焓线，表示在pT图上，曲线的斜率就是焦汤系数,焦汤实验,保持p1,T1不变，改变开度，得到不同出口状态，连成定焓线，表示在pT图上，曲线的斜率就是焦汤系数,p,T,h=Const,焦汤实验曲线,p,T,h=Const,转变曲线,焦汤系数的表达式,与p,v,T的关系,转变曲线方程,理想气体,焦汤系数的应用,p,T,h=Const,转变曲线,1、制冷,节流前,一般工质,Tmax,Tmin,