第七章_气体的一维流动.ppt

1、第七章 气体的一维流动,应用范围 气体流速较高,气体压缩性将明显地影响它许多热力学和动力学特性。 各类气体输送管道、喷管、扩压管、斜切喷管、叶栅流道等。,第一节 微弱压强波的一维传播,连续性方程,动量方程,略去高阶微量，得,（1）,（2）,第一节 微弱压强波的一维传播,声速,气体：,液体：,完全气体：忽略粘性和传热视作等熵过程,微分：,第一节 微弱压强波的一维传播,讨论：,（1）声速是状态参数,（2）,越大，越易压缩，c越小,音速是反映流体压缩性大小的物理参数,（3）,当地声速,（4）空气,马赫数,第一节 微弱压强波的一维传播,流场中任一点的流速与当地音速之比，称为该点处气流的马赫数，以符号M

2、a表示,根据马赫数的大小把流动分为：,Ma 1：超音速流,第二节 气体特定状态和参考速度,（1）滞止状态,如果按一定的过程将气流速度滞止到零，此时的参数就称为滞止参数， 分别以,表示：,（2）极限状态（最大速度状态）,如果气流的绝对温度降到零，即气流的焓全部转化为动能，这时 气流的速度将达到极限速度,当T0时，,则,第二节 气体特定状态和参考速度,第二节 气体特定状态和参考速度,（3）临界状态,当气流速度等于当地音速的状态，便是临界状态。以,分别表示临界速度、临界温度、临界压力和临界密度，则,气流速度与临界音速之比称为速度系数，用M* 表示，即,可以得到,第二节 气体特定状态和参考速度,作用：

3、绝能流中，ccr=常数， 当v=vmax时，,速度系数,速度系数与马赫数的关系图,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,第二节 气体特定状态和参考速度,例 题,视空气为=1.4的完全气体，在一无摩擦的渐缩管道中流动，在位置1处的平均流速为152.4m/s，气温为333.3K，气压为2.086105Pa，在管道出口2处达到临界状态。试计算2处气流的温度、压强、密度和平均流速。,第三节 正激波,当超声速气流绕过大的障碍物时,气流在障碍物前将受到急剧的压缩,它的压强、温度、密度都将突跃地升高，而速度则突跃地降低，这种流动参数发生突跃变化的强压缩波叫激波。激波是超声速气流中经常出现的现象。,一、

4、激波的分类,第三节 正激波, 正激波：气流方向与波面垂直，如图 (a)； 缩放喷管的超声速段 斜激波：气流方向与波面不垂直，如图(b)； 超声速气流绕叶片 曲线激波：波形为曲线形，如当超声速气流流过钝头物体时，在物体前面往往产生脱体激波，这种激波就是曲线激波，如图(c)所示。,二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于活塞先后发出的压缩波并不以相同的绝对速度向前传播，因为后面的波是在前面的波已扰动的基础上发出的，而后面的扰动波的速度比前面波的速度要快，故后面的波最终将追赶上前面的波而形成一道强的压缩波即激波。,激波与微弱压缩波有着本质的区别，其主要表现为： (1)激波是强压缩波，经过激波气流参

5、数变化是突跃的； (2)气体经过激波受到突然地，强烈地压缩，必然在气体内 部造成强烈的摩擦和热传导，因此气流经过激波是绝能不等熵流动； (3)激波的强弱与气流受压缩的程度（或扰动的强弱）有直接关系。,二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于速度、温度等参数是连续变化的，实际的激波是有厚度的。 Ma=2时，激波厚度为2.5410-4mm，只有几个分子平均自由行程。,三、正激波的传播速度,第三节 正激波,连续性方程,动量方程,气流的温度突跃、密度突跃与压强突跃一一对应； 激波的传播速度和波后气流的传播速度只决定于压强突跃（P158蓝金-许贡纽公式）。,第三节 正激波,气流经过激波时，部分动能不可

6、逆转变为热能，气流受到剧烈加热，温度增高，从而使压强突跃引起的密度突跃受到限制。,例题,设长管中静止空气参数p1=1.013105Pa，T1=288K，=1.4。用活塞压缩气体以产生激波，波后压强p2=1.1143105Pa。求2，T2，c2以及vs、vg。,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,连续性方程,动量方程,能量方程,无激波,正激波后气流必为亚声速。,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,正激波前后气流参数只与Ma和完全气体比热比有关系。 标志激波强度的压强几乎与波前马赫数的平方成正比，说明来流马赫数的高低是激波强弱的主要标志。 激波强度越强，经过激波，机

7、械能损失越大。,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,气流经过激波，速度降低，动量减小，熵值增加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的力； 引起激波的物体，必然受到与上述作用力大小相等、与来流方向相同的反作用力，即气流作用在物体上的阻力，这种阻力因激波的存在而产生。 激波越强，波阻越大。,第四节 变截面管流,前提: 定比热容;完全气体;一维;定常;绝能等熵流。 激波出现时，另当考虑。,第四节 变截面管流,一、气流速度与通道截面的关系,动量方程,气流加速必然伴随气体压强、密度和温度的降低。 气流参数变化与马赫数变化有关。,喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系,流动状态,管道种类,管

8、道形状,Ma1,Ma1,dv0,dv0,喷管,dp0,1,2,Ma1,渐缩渐扩扩喷管Ma1 渐缩渐扩扩压管Ma1转Ma1,1,2,Ma1,Ma=1,Ma1,Ma1,扩压管,dp0,1,2,1,2,1,2,1,2,Ma=1,第四节 变截面管流,二、喷管流动的计算和分析 （a）能获得亚声速流或声速流的收缩喷管。 （b）获得超声速流的缩放喷管。,最大流量：,1、出口流速和流量：,第四节 变截面管流,2、变工况流动分析,例题,收缩喷管从大气中吸气，其出口环境背压由真空泵抽气形成，当背压pambpa时，通过收缩喷管的流量为qm.kgs。已知大气压强为pa，大气温度为a。试分析喷管内气流处于何钟流动状态，并求喷管出口直径。,第四节 变截面管流,（b）获得超声速流的缩放喷管。,1、出口流速和流量 面积比公式,图7-12,第四节 变截面管流（缩放喷管）,2、变工况流动分析,（1）设计工况下气流在喷管中作正常完全膨胀： 所