第章 气体和蒸汽的活动

第9章气体和蒸汽的流动基本要求：1．深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。2．对于工质无论是理想气体或蒸汽，都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。理解扩压管的流动特点，会进行热力参数的计算。3．能应用有摩擦流动计算公式，进行喷管的热力计算。4．熟练掌握绝热节流的特性，参数的变化规律。基本知识点：9．1绝热流动的基本方程稳态稳流工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。二、连续性方程由稳态稳流特点，const而得：该式适用于任何工质可逆与不可逆过程三、绝热稳定流动能量方程对绝热、不作功、忽略位能的稳定流动过程得：说明：增速以降低本身储能为代价。掉四、定郑熵过程私方程烦够桌由可逆极绝热过限程方蛮程敢取核=睬con奴st得：足五、音象速与马烈赫数批音速：体微小扰嚼动在流垫体中的满传播速博度。雾定义式胡：来捧注意：速压力波笨的传播脾过程作耀定熵过橡程处理肉。隙特别的债，悬幅对理想签气体：象只随绝垄对温度财而变姨毯马赫数味（刘无因次铜量）体：流速顷与当地再音速的控比值奥M厕>1模，超音肺速款才M=1悄挺忙临界音魔速崇M<1寸颈亚音质速绍裤9赖．忌2星定熵流榨动的基瓶本特性朽一、气驳体流速监变化与冶状态参示数间的拴关系屑对定熵其过程，丑由赴dh=尘vdp喇，得到萝：剪糕感早赵觉适用于转定熵流绍动过程柜。胖分析淘：恋1顶。拍气流速崇度增加缩(六dc>匙0)量，必导积致气体席的压力芒下降箩(临dp<问0)堂。抱2瞒。气体片速度下晋降醒(斧dc<撕0)拔，则将更导致气脊体压力纺的升高榜(研dp>顶0)输。鸟二、管咏道截面层变化的闸规律趣联立牧、连续劳性方程干、可逆受绝热过朴程方程得到：分析：兔对喷管芹：当辩M<1抢，因为界dc>锻0辱，则喷手管截面巾缩小商df<猎0阶，称渐淹缩喷管蹈。纸M>1候的超音处速气流容时扯，效针必须妄df>铃0杨称渐扩袄喷管。左若：将该M<1它增大到胃M>1对，则喷翼管截面端积由凭df<形0哥转变为午df>酱0垃，称为劈渐缩渐丛扩喷管他，称拉雾伐尔场(值Lav派al稿)井喷管。羞称抱M=1减而象df=默0奥为喉部揉，此处廉的截面姥称临界慰截面。笼对扩压视管反之壶。私9简．场3铃遗喷管中融流速及盾流量计今算酒定熵滞打止参数鞋将具有腥一定速蚀度的气健流在定祝熵条件护下扩压睁，使其蜂流速餐/丰降低为阵零。糖由臂吵于励图应用等矛熵过程欠参数间肯的关系盘式得：细抬适得企柿雷二、喷表管的出刃口流速谨筋派对理想辩气体：桶对实际滚气体：云三、临匆界压力屡比及临密界流速刊特别的元对双原葬子气体狭：订四、流塔量与临首界流量听kg/阀s亿五、喷垒管的计某算哗喷管的魂设计计商算炕击习出发点疤：昌当流体活流过喷窑管苏红，已知犹、屋f条1)彩凉当庙报壳脱刺即乡级柴五归采用渐叨缩喷管而。惨误2岭）当粱靠保慨晶即义燕纲碗采用缩堤扩喷管缠。岔渐缩喷误管的校妨和计算旺当流体肆流过渐块缩喷拾管潮逢，已知创、炸f言1)逮运当刺刘裕宋刘即赢莫足2构）当卖绞括帖贯即岭能喷管的录最大流辱量哄富械kg/巧s瓜水蒸汽省流速、碎流量的瞎计算：砍例题精阻要滤例薪1容：压力着为冒30b壳ar舟，温度零为逗45将0急℃休的蒸汽休经节流概降为得5ba启r童，然后熟定熵膨然胀至关0.1龄bar朋，求绝肚热节流铁后蒸汽菊温度变倾为多少抽度？熵躁变了多须少？由渡于节流澡，技术影功损失己了多少语？足解残：由初赵压蒜p胀1晓=30框bar跑，剖t滔1权=牲45费0观℃观在水蒸村气的亏h按-作s吩图（图湖9.1食）上定获出钢点轰1遥，查得撕h醉1光=33匆50k普J/k席g威s拍1肤=7.杰1kJ愤/(k糖g钢·灵K)伸因绝热发节流前父、后焓缸相等，俊故由尿h周1槐=册h损2乎及娘p拔2肢可求节奉流后的这蒸汽状传态患点啊2是，查得辅t预2爆=司44构0拍℃饼；辈涂赶犁s慎2沃=7.仓49k阿J/(伙kg询·阵K)拔因此，蒙节流前网后熵变份量为泻Δ翻s必=河s挎2凤-皂s予1肚=7.穷94转－贵7.1汤=静0电.84摇kJ/载(kg寸·竹K)斥Δ迷s攀＞约0论，可见痕绝热节件流过程近是个不嗓可逆过放程。若箭节流流矮汽定熵硬膨胀至装0.1陈bar库，由叛=22欺50巴kJ/张kg王，可作梁技术功展为目若节流独后的蒸辅汽定熵存膨胀至载相同压宅力清0.1合bar逐，由图肝查得怒=25丑12石kJ/伸kg园，可作保技术功妨为涛绝热节矮流技术脏功变化贺量为逼结果表肤明，由窄于节流驱损失了注技术功结。赌9移．浮4早宗扩确模压屑冷管笨已知：迅进口参贺数、进情口速度坟、出口荒速度，奖求出口筛压力得：根例赖2蹦犯轿空气流乱经一断蜡面为伸0.1翠m排2泛的等截尽面管道典，且在隔点夸1宾处测得咸c枕1羞=10储0m/羊s巷、雀p客1迎=1.步5ba愚r吸、胡t笋1乘=10吓0嫂℃店；在金点转2胞测得瞒p语2诵=1.类4ba给r铜。若流变动是无血摩擦的解，求：杯（度1嘱）质量哄流量；聪（替2酷）跟点梨2潜处的流拒速皇c凤2划和温赔度甚T循2流；北（荒3禾）械点贩1令和匠点泻2汇之间的耕传热量梯。若流煤动是有视摩擦的慕，计算介：招（彼1桑）质量监流量；饮（免2据）监点歉2付处的流液速赵c旁2岭和温度烦t奶2志；柱（西3纱）管壁运的摩擦抛阻力。鹅解刃范朱对于无搁摩擦的友绝热流坦动：香（驰1慎）空气距的质量质流量可你由连续菜性方程倍和气体倚特性方用程求得阅：扰kg疏/s愤(陡2庄)瓶点倚2却处的流迅速可由陶动量守貌恒并在勤无摩擦消的情况水下求得派：m/s袍(恐3)伴点观1拉和旁点朽2州的热量睡变化可裂由能量概方程求槐得：胁在流动虎过程抄中锤W描12臂=0∴文消=32曲90唉kJ声对于有暮摩擦的依绝热流忘动：盲（鼓1古）质量城流量同革前，即厅m=1桥4.0脾12k悦g/s漂（军2轧）裁点苗2舅处的流买速和温贩度可由乡能量方牙程和状遭态方程急求得怖因为是恶绝热流剩动，所米以浅Q捆12秀=0役，Ｗ久12驴＝镰0黎代入上踏式得：m/sK桌(达3)筛管壁摩色擦阻力粒由动量奥方程得战：乖因拖f诊1物=f弃2灰，故迟9勉．停5堪具有摩嫩擦的流歼动袍定义速汽度系数斜：讽喷管效绩率都：独得到：姿例美3跑：誉已知气臂体燃烧挨产物的戚c需p盆=1.女089杯kJ/宾kg谅·松K粒和凝k轧=1.丛36贫，并以窗流量饱m蓬=45侮kg/呜s戏流经一洗喷管，附进口筋p蒸1蚕=瞎1炭bar过、岩T陡1泰=11倡00绑K矿、纲c吨1辉=18玻00m萍/s残。喷管豪出口气邻体的压倦力学p舟2驱=0.喉343陪bar村，喷管辽的流量丙系数仗c话d砖=茎0催.撕9铲6骡；喷管崖效率为喘=0顾.滴8嘱8伟。求合曲适的喉乳部截面数积、喷孔管出口龙的截面很积和出裹口温度逗。解：谈参看图诸9.2碗所示。放已知：热c寻d坝=0.猫96庸，表=0眠.妙8剪8疏，宅k半=1.惭36咬假定气串体为理锹想气体沫，则：皆应用等萍熵过程址参数间脾的关系唐式得：茧喷管出译口状态穿参数也脖可根据矛等熵过寨程参数队之间的漆关系求屿得：望即旁：枕嘴动即喷管馒出口截瘦面处气王体的温此度为陷828茎.67邮K尽。浩因为喷证管效率亲=0鲜.腊88雪所伏以详剪败喷管出排口处气缠体的温什度浆认=86努1K排喷管出摩口处气屿体的密士度猪：袖逮励由投R琴=28织7J/农kg配·哈K婚kg/设m机由质量皮流友量洲喝出口截布面积：禽m诞2舌喉部截汁面处的根温度（切候部的条参数为穷临界参跟数）：涝∴杰bar组喉部截悄面处的纱密度：爱=0款.菊207唤7昆kg促/m断2龟喉部截粘面处的蜘流速：暑及=60外8词.加8飞m/农s姻流量系狐数弯c宽c撕=0.院96绝求得喷兆管喉部约截面趟m尝2绳9云．涌6顺案绝热节哲流乱定义：饥气体在贿管道中予流过突岁然缩小导的截面浴，而又帮未及与狮外界进陷行热量手交换的女过程。魔特点：帜绝热节外流过程窃的焓相光等，但万绝不是怀等焓过磁程。萝因为在委缩孔附增近，由苦于流速购增加，面焓是下完降的，纠流体在判通过缩松孔时动以能增加应，压力齿下降并警产生强派烈扰动搂和摩擦北。扰动轮和摩擦未的不可致逆性，钟使节流烫后的压稠力却不骡能回复非到与节蔑流前动绝热节练流前后勇状态参置数的变弟化：殖对理想乎气体：祥粥、五、证、刻、初例选4坑衫蓄压力舰p租1雹=15第bar参、温度铺t圣1态=25耗0茎℃村、质量合流量组m说1颜=1.租5k须g/s遵的水蒸坚气经阀侦门被节踏流到歌p盆1第′羽=7b摩ar急。然后爆与乡m昼2活=3.右6kg糕/s,但p锁2慧=个7ba捞r佣、班x湖2戴=0.喂97再的湿蒸丑汽混合增。试确填定：事（淡1舅）水蒸系气混合外物的状益态；霞（妇2寒）若节等流前水痛蒸气的体流速膨c剂1玉=18良m/s拉，输送柱该蒸汽太的管路矮内径为躬多少？韵解隙（罚1洲）水蒸略气混合罩物的状娱态佣据非p盏1扮=15颠bar纳、牢t金1峰=25互0图℃恋,眨查海h-s夺图可知蚂蒸汽为浸过热状拔态，且堵h唯1腾=29肃28k语J/k免g雷，膝v违1畏=0.叉15m影3句/kg灾。细按绝热塌节流过堡程基本妨特性，俊节流前馒的焓和唇节流后象的焓相秋等，即瞧kJ/记kg拜混合前撤过热蒸狐汽的总间焓kJ镰据滥p关2病=7b叔ar示、管x伯2侧=0.曾9闹7芳，扭查昌h-s妖图得睁kJ/涛kg郊混合前件湿蒸汽那的总焓kJ胀蒸汽混仗合物的澡质量kg担蒸汽混负合物的朱总焓kJ美蒸汽混片合物的蛙比焓情kJ/往kg付据蒸汽忘混合物柳的状态封参数震p=7皱bar谁、网h=2碎772请.7k鸦J/k刑g参，鞋查枕h-s攀图可得笋蒸汽混寸合物处喘于干饱终和蒸汽扯状态。贡（胆2费）管路杆内径本据连续懂性方程得盗m茎=12屯.电6忆cm责重点、说难点猫1旷．喷管购和扩压浸管截面依变化与塑速度、斧压力变约化的关灰系。叙2于．喷管疫的选型陕与临界饺截面的况关系。启3锦．有摩壁擦流动害时，喷句管的流巧动特点蚊及热力粥参数的掏计算。蜘料厨思考题书1认．对提吧高气流厘速起主子要作用眉的是喷圣管的形馆状，还棕是气体净本身的碰状态变闷化？底2既．为什古么渐扩甚形管道雄在一定翻条件下犹能使气俘流加速谢？对液榨体能否喘？生3拥．为什年么气体润在渐缩茧喷管只谈能膨胀馆到临界灯状态？筝4齐．喷管皂的临界恨状态有裂哪些特绍性？什币么是最缴大流量潜？如何纵确定？森什么是秒临界压英力比？欣它和什叮么因素毫有关？猎有何用记处？牵5游．一个世缩放喷英管，原播来在设伙计工况毕下工作槐。如其数他情况请不变，双只把初为压找p省1廊提高，鼓流动情阳况将有嚼什么变局化？渐氧缩喷管哈呢？许6夜．喷管箭出口截食面积、叫喷管最咽大流量思是由哪扶些因素落决定的杀？轰7蜂．若可浊压缩流奶体流经惑无摩擦铲喷管对谊外散热割，试向犹下式是法否成立厉8料．请说停明下列挂说法是刑否正确嫌：度（们1普）流体武流动速到度愈快矿，则弱迅扰动在麦该流体裕中的传肠播速度滨也愈快吉？的（妹2讽）气体户在变截狐面管内浪定熵流楚动，气堡流的最胜小截面芹即为临提界截面符。乱9未．