第九讲气体和蒸汽的流动

第九讲气体和蒸汽的流动第1页，共32页。优选第九讲气体和蒸汽的流动第2页，共32页。二、叶轮式压气机的工作过程扩压管叶轮轴第3页，共32页。§8-1喷管和扩压管的截面变化规律流动状态分析：流入流出第4页，共32页。1、流体作一元稳定流动：工质在流动过程中，其状态参数和流速只沿流动方向变化；且任一点的状态参数和流速都不随时间而变化。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；不计管道摩擦。第5页，共32页。一、气流流通截面变化率方程：由一元稳定流动的连续性方程：两边取对数，并求微分，得到：第6页，共32页。—

气体流通截面变化率方程进一步有：适用范围：理想气体、实际气体，可逆过程、不可逆过程第7页，共32页。对于喷管：，的符号与同号。对于扩压管：，的符号与

的符号相反。第8页，共32页。因此，要得到喷管和扩压管的变化规律，关键问题是要找出第9页，共32页。(1)可逆流动方程：2、比体积变化率与流速变化率之比第10页，共32页。对于喷管和扩压管：(2)理想气体绝热过程方程：两边取对数并进行微分：因此：第11页，共32页。在气态物质中，音速可认为是小扰动的传播适用范围：气体、蒸汽(3)马赫数的引入第12页，共32页。由理想气体绝热过程方程：得到：其中第13页，共32页。工质流速与当地音速之比称为马赫数：亚音速流动临界流动超音速流动第14页，共32页。因此：气流流通截面变化率方程可写为：适用范围：气体、蒸汽的流动第15页，共32页。二、喷管截面变化规律对于喷管：1.喷管进口流速为亚音速时第16页，共32页。2.喷管进口流速为超音速时第17页，共32页。3.气流从亚音速增加到超音速气流速度小于当地音速时，喷管截面积逐渐减小；当气流速度大于当地音速时，截面积逐渐增大。在喉口处，Ma=1，流速等于当地音速，为临界流动。第18页，共32页。三、扩压管截面变化规律对于扩压管：1.进口流速为亚音速时即亚音速扩压管截面积应逐渐增大第19页，共32页。2.进口流速为超音速时即超音速扩压管截面积应逐渐减小第20页，共32页。3.气流从超音速一直降低到亚音速气流速度从超音速一直减到亚音速，扩压管截面积应先减小再增大，形成缩放型。在喉口处，Ma=1，流速等于当地音速，为临界流动。第21页，共32页。§8-2气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量一、流速由开口系统稳定流动能量方程：在喷管中做绝热流动适用范围：任意工质的可逆或不可逆绝热过程第22页，共32页。对于理想气体适用范围：理想气体的可逆或不可逆绝热过程由迈耶公式第23页，共32页。二、临界速度和临界压力比临界截面：在沿喷管的可逆绝热流动中，气流速度等于当地音速的截面。临界压力比β：临界压力与进口压力的比值。临界参数：临界截面上的参数称为临界参数，以下标`cr`表示，如pcr、Tcr、wg,cr。第24页，共32页。临界截面上流动速度为当地音速c，因此有：理想气体可逆绝热过程：第25页，共32页。工质类型kβcr单原子气体1.670.487双原子气体1.400.528三原子气体1.300.546过热水蒸汽1.300.546饱和水蒸汽1.1350.577第26页，共32页。临界压力比是非常重要的参数，根据它可以计算出气流的压力下降到多少时，流速等于当地音速，还是将气流划分为亚音速或超音速流动的分界线，第27页，共32页。对于渐缩喷管当背压大于pcr时，流动为亚音速，随着背压降低，出口流速逐渐增大，压力p2始终与背压相等，当背压等于临界压力时，出口流速达到音速，进一步降低背压，出口压力仍等于临界压力pcr，出口流速不会超过音速，如需获得超音速气流，必须使用渐扩喷管。第28页，共32页。三、质量流量一元稳定流动，喷管中各个截面上的质量流量相等。通常以最小截面上的参数计算。对于渐缩喷管，出口截面最小第29页，共32页。第30页，共32页。特点：节流前后工质的动能变化与焓的数值相比可忽略不计，