气体与蒸汽的流动ppt课件

1、1、掌握定熵稳定流动的根本方程；2、了解促使流速改动的力学条件和几何条件的根本涵义；3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进展喷管外形的选择和尺寸的计算；4、掌握滞止焓、临界参数等根本概念和相关计算。研讨内容：研讨内容：主要研讨流体流过变截面短管喷管和扩压管时，其热力形状、流速与截面积之间的变化规律。根本要求根本要求1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。稳定流动：稳定流动：流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。 简化假设：81稳定流动的

2、根本方程式 一、延续性方程稳定流动中，任一截面的一切参数均不随时间而变，故流经一定截面的质量流量应为定值，不随时间而变 。如图取截面11和22，两截面的质量流量分别为qm1、qm2，流速cf 1、cf 2，比体积为v1和v2，截面积A1、A2根据质量守恒定律：常数vAcvcAvcAqqqfffmmm22211121微分：0vdvcdcAdAff以上两式为稳定流动的延续方程式。它描画了流道内的流速、比体积和截面积之间的关系。普遍适用于稳定流动过程。1对于不可压流体dv = 0，如液体等，流体速度的改动取决于截面的改动，截面积A与流速cf成反比；2对于气体等可压流，流速的变化取决于截面和比体积的综

3、合变化。结论：结论：二、稳定流动能量方程式由流动能量方程： 不计位能，无轴功，绝热，那么：微分上式：iffwzzgcchhq)(2)(12212212常数22211222ffchch022fcddh喷管内流动的能量变化根本关系式。1、气体动能的添加等于气流的焓降2、任一截面上工质的焓与其动能之和坚持定值，把两者之和定义为一个参数：总焓或滞止焓h022222112220fffchchchh结论：结论：气体在绝热流动过程中，因遭到某种妨碍流速降为零的过程。在绝热滞止时的温度和压力称为滞止温度T0和滞止压力p0。假设过程为定熵滞止过程：22222222110fpfpfppcTccTccTcTcpfc

4、cTT220100kkTTpp在稳定流动过程中，假设：1任一截面上的参数不随时间而变化；2与外界没有热量交换；3流经相邻两截面时各参数是延续变化；4不计摩擦和扰动；0vdvkpdp三、过程方程式那么过程是可逆绝热过程。恣意两截面上气体的形状参数可用可逆绝热过程方程式描画，对理想气体定比热容有：微分上式，得：kkkpvvpvp2211Ma1 亚声速Ma1 气流速度等于当地声速Ma1 超声速ssvpvpc)()(2TkRkpvcg四、音速方程对于理想气体得：马赫数：气体的流速与当地声速的比值。ccMaf8-2 促使流速改动的条件喷管： 流速升高的管道；扩压管：流速降低、压力升高的管道。由流膂力学的

5、观念可知，要使工质的流速改动，可经过以下两种方法到达：1截面积不变，改动进出口的压差力学条件；2固定压差，改动进出口截面面积几何条件。2112)(vdphhq2)(21212ffCChhq21212)(21vdpCCff、力学条件联立流动能量方程式和热力学第一定律表达式：可得：pdpkckpvcdccffff22TkRkpvcg又ffcdckMapdp2微分式：vdpdccff结论：dcf、dp的符号一直相反，即：气体在流动过程中流速添加，那么压力下降；如压力升高，那么流速必降低。 Ma1时，dv/v1时，dv/vdcf /cfffcdcMavdv2二、几何条件ffcdckMapdp20vdv

6、kpdp该式提示了定熵流动中气体比体积变化率和流速变化率之间的关系：ffcdcMaAdA) 1(2ffcdcMavdv20vdvcdcAdAff结论：当流速变化时，气流截面积的变化规律不但与流速的变化有关，还与当地马赫数有关。Ma1,亚声速流动,dA0,截面扩张；对于喷管dcf 0)时，截面外形与流速间的关系：crcrcrfvkPcc,缩放喷管拉伐尔喷管：缩放喷管可实现气流从亚声速变为超声速，在喷管最小截面喉部截面或临界截面处Ma=1，在临界截面处的参数称为临界参数以下标cr表示，如：喷管内参数变化表示图Ma1,超声速流动,dA0,截面扩张；对于扩压管管dcf 0) ：83喷管的计算据给定条件

7、气流初参数、流量及背压，选择喷管的外形及确定几何尺寸。知喷管的外形和尺寸及不同的任务条件，确定出口流速和经过喷管的流量。)(20hhcf2121202)(2)(2ffchhhhc)(2212hhcf一、流速计算及其分析1、计算流速的公式：出口流速：不计cf 1，那么22222112220fffchchchh假设：1理想气体；2定值比热容；3流动可逆；4满足几何条件。2、形状参数对流速的影响)(1 12)(1 12)1 (12)(2)(210200102002020202kkkkggpfppkvkpppkTkRTTkTkRTTchhc在初态确定的条件下：)/(022ppfcf000max, 21

8、212TRkkvpkkcgf当p20时，出口速度达最大，即：此速度实践上是达不到的，由于压力趋于零时比体积趋于无穷大。kkfppkvkpc102002112crcrkkcrcrfvkpcppkvkpc)(1 121000,kcrcrppvv100)(10)12(kkcrcrkpp3、临界压力比在临界截面上：定义临界压比：0ppcrcr双原子气体： k=1.4 cr=0.528过热蒸汽： k=1.3 cr=0.546干饱和蒸汽： k=1. cr=0.577临界压力比是分析管内流动的一个重要数值，截面上工质的压力与滞止压力之比等于临界压力比是气流速度从亚声速到超声速的转机点；以上分析在实际上只适用

9、于定比容理想气体的可逆绝热流动，对于水蒸气的可逆绝热流动，k 为一阅历值，不是比热比。结论：kkfppkvkpc10200211210)12(kkcrcrkpp临界速度：000, 21212TRkkvpkkcgcrf二、流量计算收缩喷管：缩放喷管：根据延续方程，喷管各截面的质量流量相等。但各种方式喷管的流量大小都受最小截面控制，因此通常按最小截面收缩喷管的出口截面、缩放喷管的喉部截面来计算流量，即：222vcAqfmcrfcrcrmvcAq )(1 12102002kkvppvpkkAq代入速度公式可得：)()(12102202002kkkmppppvpkkAq函数递减时，即此时有极值。（得：

10、微分得：令,0)120)(1)(2)()()()(021021022020210220202gPpkppppkkppkppgppppppgcrcrkkkkkkkk结论： 当A2及进口截面参数坚持不变时：02ppfqm 对于收缩喷管：bcrbpppp2若：mbqpp2max,0mmcrcrbqqppp当00122max,1212vpkkkAqkm不变mbqp？crcrbpppp2若： 对于缩放喷管：虽然在喉道后气流速度到达超音速，喷管截面面积扩展，但据质量守恒原理其截面上的质量流量与喉道处相等，因此流量坚持不变，如图中曲线bc。但假设出口截面面积A2坚持不变，那么随着p2下降，将使实践所需的喉道

11、面积减小，那么会出现流量减小，如图中虚线所示。在正常任务条件下：crffcrccpp,在喉道处：crbpp 三、喷管外形和尺寸计算设计目的：1、确定喷管几何外形；2、保证气流充分膨胀。1、外形选择：crcrbcrbpppppp00渐缩喷管crcrbcrbpppppp00缩放喷管2、尺寸计算222,minfmcrfcrmcvqAcvqA渐缩喷管：缩放喷管：222fmcvqA)1210(2tan2min2ddl8-4 背压变化时喷管内流动过程简析一、渐缩喷管crbcrbpppppAB2:完全膨胀crbcrbpppppAC2:完全膨胀bcrcrbpppppACD2:膨胀不足二、渐缩渐放喷管在设计工况

12、下：喉道处为临界形状，收缩段为亚音速，扩张段为超音速；图中ABC。完全膨胀2:ppABCb膨胀不足2:ppABCDb过度膨胀2:ppABEFGb在E处产生正激波，气流速度下降为亚音速例题1、由不变气源来的压力p1=1.5MPa，温度t1=27C的空气，流经一喷管进入压力坚持在pb=0.6MPa的某安装中，假设流过喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？例题2、一渐缩喷管，其进口速度接近零，进口截面积A1=40cm2，出口截面积A2=25cm2。进口空气参数为p1=9MPa，温度t1=500C的空气，背压pb=7MPa，试求：1出口流速及流过喷管的流量。2由于工况的改动，背压变

13、为pb=4MPa，这时的出口流速和流量又为多少？8-5 有摩阻的绝热流动由于存在摩擦，实践流动是不可逆过程，过程中存在耗散，部分动能转化成热能，并被气流吸收。 焓的添加量等于动能的减小量222222220ffchchh 有摩阻的绝热流动：0ggfssss22222222ffcchh由能量方程式得：22ffcc22222221fffccc理想动能损失的动能 速度系数： 能量损失系数：工程上表示气流出口速度下降和动能减小的两个系数：86 绝热节流流体流经阀门、孔板等设备时，由于部分阻力，使流体压力下降，称为节流景象。假设节流过程是绝热的，那么为绝热节流，简称节流。12ss12hh 1212vvpp

14、12TT 12TT 12TT 对于理想气体，只需节流零效应，由于对于理想气体，只需节流零效应，由于12TT )(Tfh 12hh 0JpphJcvTvTpT0J0J坚持形状1不变，改动流体的流量得出一组节流后形状点2a,2b,2c,2ddcbahhhhh22221 在一定焓值范围内，定焓线都有一个温度极值点：0JhJpT定焓线的斜率这些点称为转变点，转变点的连线为转变转回曲线。转点曲线将图分为两个区域：冷效应区J0：转变曲线与温度轴包围的区域热效应区J0：转变曲线以外的区域 节流过程三种情况1、节流过程发生在冷效应区，恒有J0，节流冷效应。2、节流过程发生在热效应区，恒有J0，节流热效应。3、

15、节流过程形状1在热效应区，而形状点2在冷效应区，这时节流温度效应还与dp有关。图中12c为热效应，12d为零效应，1-2e为冷效应。s有没有这种能够：节流过程形状2在热效应区，而形状点1在冷效应区 图中pN为最大转变压力 流体在大于pN的压力范围内不会发生节流冷效应。 流体在小于pN的压力范围内的任一定压线与转变曲线有两个交点，对应温度：T1 TK 最大转变温度T2 Tmin 最小转变温度p0T1上转变温度T2下转变温度 流体温度大于TK或小于Tmin 时，不会发生节流冷效应。 制冷 调理功率 流体流量丈量孔板流量计 建立实践气体形状方程式例题3、在蒸汽动力安装中，为了调理输出功率，让从锅炉出来的压力p1=2.5MPa、温度t1=490C的蒸汽，先经节流