气体流动和压缩

1、第5章 气体流动和压缩,一元稳定流动连续方程,截面1,qm1, v1 A1, c1,截面2,qm2, v2 A2, c2,任意截面,qm, v A, c,qm质量流量,kg/s; v-比体积,m3/kg; c流速,m/s; A截面积,m2,体积流量,常数（稳定流动时,常数（连续方程,课堂练习,P133： 习题5-1,v,一元稳定流动能量方程,对喷管和扩压管,适用于任何工质的绝热稳定流动,可逆和不可逆过程都适用,一元稳定流动动量方程,p,P+dp,dFf,dx,dA,由牛顿第二定律,动量方程,不考虑粘性摩擦,其它方程,状态方程,实际气体：查表求p, v, T,理想气体,过程方程,无摩擦时即定熵过

2、程,定熵指数，理想气体,音速方程,对理想气体,课堂练习,P133： 习题5-2,喷管,喷管是利用压力降低使流体增速的管道,喷管流动特点 流速高 距离短 做绝热处理,学习要求 气流截面变化原因 喷管设计和校核计算 滞止参数的概念,喷管流速与截面变化的关系,常数,动量方程,音速方程,当地声速,0,Ma1(超音速),喷管渐放,Ma=1,思考题,教材P132: 2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液体加速吗,不能使液体加速.液体dv=0,不能导出此公式,如果将Ma1的超音速气流该怎么办,喉部,临界流速,缩放喷管 拉伐尔喷管,瑞典人拉伐尔1883年在蒸汽涡轮机上应用的喷管,扩压管,扩压管

3、的目的是是气体减速(dc0,渐扩扩压管,渐缩扩压管,思考题,教材P132: 3.在亚音速和超音速气流中,下列3种管道适宜做喷管还是扩压管,比较,喷管 Ma1,喷管渐放 Ma1,扩压管 Ma1,扩压管渐缩 Ma1 Ma1,第16次课结束,气体流经喷管的速度和流量,滞止参数：流速为0时的参数；将具有一定速度的气流在定熵下扩压，使其速度降低为0，此时的参数为滞止参数。用“*”表示 用途：为方便计算，作为喷管进口的数据,气体由滞止状态进入喷管,定比热理想气体,适用于绝热流动，任何工质，是否可逆都适用,对无摩擦的绝热流动，由动量方程,定比热理想气体,临界流速（喉部流速,临界压力比,单原子气体， 双原子气

4、体， 多原子气体， 过热水蒸气， 饱和水蒸气,临界压力比,临界流速（喉部流速,流量和最大流量,稳定流动，通常按喉部参数计算流量,只适用于定熵流动,滞止参数,滞止焓 滞止温度 滞止压力 滞止比体积,喷管背压,喷管出口的压力称为背压,p1,p2,pb,渐缩喷管是提速降压的，压力由p1降为p2后喷出，其中p2的最小值为pc（此时速度最大），当出口压力（背压）大于pc时，也就是速度没提到音速，此时p2=pb；当pbpc，由于p2最小降为pc，则p2=pc,思考题,教材P132 4,作业,教材P133 5-4，5-5 选做 5-6，5-7 必做,本次课结束,例题5-1,空气进入某缩放喷管时的流速为300

5、m/s，压力为0.5MPa，温度450K 求：各滞止参数以及临界压力和临界流速。若出口截面压力为0.1MPa，则出口流速和出口温度各为多少？（按定比热理想气体计算，不考虑摩擦,例题5-1,解：空气有关参数，查表 0=1.4, cp0=1.005 kJ/(kg.K), Rg =0.2871 kJ/(kg.K,例题5-1,空气理想气体， 0=1.4,例题5-1,若题意为渐缩管而不是缩放管，那么出口流速是多少,由于出口截面压力小于临界压力，因此P2=Pc, c2=cc,例5-2,试设计一喷管,流体为空气,已知P*=0.8MPa,T*=290K,喷管出口压力p2=0.1MPa,流量qm=1kg/s(按

6、定比热理想气体计算,不考虑摩擦,例5-2,解:对空气0=1.4,缩放形喷管,Why,例5-2,出口截面,喉部截面,例5-2,喷管设计为圆形,喉部及出口直径,L,Dmin,D2,取渐放段锥角为10,理论压气功(可逆过程,指什么功,目的：研究耗功，越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功wt,1)、特别快，来不及换热,2)、特别慢，热全散走,3)、实际压气过程是,可能的压气过程,三种压气过程的参数关系,压气机消耗的功,活塞式压气机的压缩过程接近多变过程,对理想气体的多变压缩,定温压缩及定比热定熵压缩过程,压气机消耗的功计算公式见教材P126,活塞式压气机的余隙影响,避免活塞与进排气阀碰撞，留有空隙

7、,余隙容积,活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究VC对耗功和产气量的影响,新气量 产气量,有效吸气容积,余隙容积VC对理论压气功的影响,设12和43两过程n相同,余隙容积VC对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,余隙容积VC对产气量的影响,定义容积效率,令,余隙比,工程上一般3%8,余隙容积VC对产气量的影响,讨论,极限,余隙影响例题,已知,求（1）有余隙时的排气量和耗功 （2）无余隙时的排气量和耗功,解,1）有效容积,Vh,例题(1)有余隙影响,余隙影响例题,解：（2）无余隙时的排气量和耗功,本次结束,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,分级压缩中间冷却,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求w分级最小值,最佳增压比的推导,省功,w分级最小值,最佳增压比,可证明 若m级,分级压缩的其它好处,润滑油要求t160180,高压压气机必须分级,分级压缩的级数,省功,分级,降低出口温,多级压缩达到 无穷多级,1)不可能实现,2)结构复杂(成本高,所以，一般采用 2 4 级压缩,例题,例5-3,5-4 此题很简单,直接套用公式计算压气机的参数 要求课外自学,作业,教材P133 5-10,5-11 自选1题,本章课结束,本章到此结束,压气