热工基础与应用 (第4版)课件：喷管和扩压管

喷管和扩压管本章研究气体和蒸气在变截面短管内的流动。

最后获得喷管和扩压管的流动规律.先分析可逆流动，然后对不可逆过程进行修正。流动为一元流动。先分析理想气体过程，再分析蒸气过程。§13-1稳定流动的基本方程式一、质量守恒方程1122对上式进行微分得二、能量守恒方程对于稳定流动过程有对于变截面短管内的流动有对于微元过程有可逆时（13---1b)流动过程中,当c

=0的点称为滞止点，相应的状态称为滞止状态，参数称为滞止参数。(定熵滞止）对于理想气体有01Ts三、过程方程对于理想气体可逆过程微分后得四、状态方程五、声速和马赫数由物理学可知，声音在介质中传播的速度为对于理想气体定熵过程所以马赫数定义为当Ma<1时亚声速流动当Ma>1时超声速流动当Ma=1时声速流动§13-2流动的特征方程由能中方程可得(力学条件)或上式两边同除于c2,并对方程右边分子和分母同乘以κp得：

由过程方程式得将上式代入质量守恒方程得上式称为流动的特征方程。（13---1b)特征方程分析一、当沿流动方向定熵膨胀，压力降低，流速增加时；即(p↓、

T↓、c↑)（dc

>0喷管)当Ｍa<1时，dA<0,气流截面收缩；当Ｍa=1时，dA=0,气流截面收至最小；当Ｍa>1时，dA>0,气流截面扩张；Ｍa<1Ｍa≤1dA<0渐缩Ｍa>1Ｍa

≥1dA>0渐扩Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0缩放二、当沿流动方向定熵压缩；流速减小，压力上升时；

即(c↓、

p↑、

T↑)（dc<0,dp>0扩压管)Ｍa>1Ｍa≥1dA<0渐缩Ｍa<1Ｍa≤1dA>0渐扩Ｍa>1Ｍa=1Ｍa<1dA<0dA>0dA=0缩放流体被加速时，沿流动方向流体参数的变化规律(dc

>0)xpcacxpcacＭa<1Ｍa≤1dA<0渐缩Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0pcr

Tcrccr=ca,cr(临界截面)§13-3喷管的计算喷管：用于加速气流的管道称为喷管。1、渐缩喷管2、缩放喷管（拉伐尔喷管）Ｍa<1Ｍa≤1１１２２Ｍ<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0１１２２一、喷管的流速计算及分析

（主要是出口截面的流速计算与分析）由当c=0时的状态称为滞止状态，对于理想气体有当c1<<c2

时，或c1较小时对于理想气体可逆过程１1/21/43/40p2/p0c在缩放喷管的最小截面,即临界截面处有则从上式可推得νcr称为临界压比二、喷管的流量计算1/2p2/p001qmabc对于渐缩喷管对于缩放喷管三、喷管的设计在给定流量qm，初始参数p1、t1、c1、及背压pb(喷管出口处环境压力)，设计一喷管。设计的原则是充分利用给定的压差Δp=p1－pb,获得尽可能高的流速。(1)、求滞止参数（当c1不能忽略是）(2)、选择喷管类型,确定出截面上的压力.对于理想气体(3)、计算出口截面参数及最小截面参数1)若选择的是渐缩喷管,则出口截面就是最小截面Ma<1Ｍa≤1１１２２012Ts2)若选择的是缩放喷管Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0１１２２**、背压变化对喷管流动的影响以上喷管的设计原则是让喷管的出口压力等于背压，这样就能在喷管中充利用压差来加速气流速度。但当背压发生变化时，流动会发生怎样的变化呢？(1)、渐缩喷管pb

p1p2１１２２p2当pb↓，但pb≥pcr=νcr×p0

时，p2=pb,喷管正常工作；当pb↓，且pb<pcr

时，p2=pcr,有压差Δp=pcr－pb没有被充分利用来加速气流，故喷管在非正常下工作。（原因在于渐缩喷管出口的流速最大只能达到当地声速，即马赫数最大达到1，所以出口截面的压力最低只能下降到p2=pcr。）pb<pcrxppb>pcrpb=pcr设计工况(2)、缩放喷管p1Ｍa=1p2pb>p2xppb=p2pb<p2假定设计后缩放喷管的出口压力为p2d=pb当pb↑，即

pb>p2d时，p2

随着pb的增加而增加，并有p２＝pb

,喷管内部出现压力突变(产生激波)，喷管处于非正常工况；当pb↓，即

pb<p2d

时，p2=p2d,有压差Δp=p2d-

pb没有被充分利用来加速气流，故喷管在非正常下工作。四、喷管校核计算校核计算主要是渐缩喷管的校核计算。一般情况是给定喷管进口参数，出口截面面积及背压，计算出口截面参数及流量，即已知p1、T1、A2、pb，求p2、T2、v2、c2、qm。(1)、求滞止参数(2)、确定出截面上的压力p2(3)、计算出口截面参数§13-4有摩阻的绝热流动（不可逆绝热流动）12Ts2′不可逆因素的大小用速度系来衡量，定义为也可以用能量损失系数表示，定义为§13-5绝热节流1122绝热节流前后的参数变化为2s1hs2对于理想气体，绝热节流后T2=T1，对于实际气节流后温度如何变化？§13-6扩压管工程中常见的是亚声速气流进行扩压，常用渐缩型扩压管

请看思考题p231例题

空气流经一出口截面面积为A2=10cm2的渐缩喷管，喷管进口空气的参数p1=2.0MPa、t1=80℃、cf1=150m/s，背压pb=0.8MPa,试求喷管出口处空气的流速和流经喷管的空气流量。若喷管的速度系数为0.96，喷管的出口流速的流量又为多少？T0=364.2Kp