气体与蒸汽的流动.ppt

1、第七章 气体与蒸汽的流动,主要研究内容：气体和蒸汽在流动过程中的能量传递与转换规律。 工程应用举例： 1、喷管（重点） 涡轮机械：高温高压气体流经喷管后流速升高，然后进入涡轮机冲击叶轮旋转，输出机械功； 喷气式飞行器：利用尾部喷管高速气流的反作用力推进飞行器； 射流设备：消防设备、射流风机等。,2、扩压管 叶轮式压气机：涡轮机流出的高速气流经扩压管将动能转换为压能。,冲压式喷气推进机：前方扩压管、尾部喷管（气流经扩压管进入燃烧室，燃气进入尾部喷管）速度足够高时不需燃料，但不能自行起飞。 3、绝热节流 制冷装置：节流阀 管路中的减压阀、调节阀或流道截面突然变化等情况。,重点研究内容：研究气体在喷

2、管中的流动规律。,两种常用喷管的形状：,一、 连续性方程（对流道中任意截面）,简化模型: 一维、定熵(可逆、绝热)、稳定流动,（1）,71 一维稳定流动基本方程,二、(定熵)过程方程,pvconst,微分整理, 得:,（2）,对液体：dv = 0，其喷管只能是渐缩喷管，c当地音速,注：理想气体为绝热指数（cp/cV）, 蒸气为经验值,微分得:,三、稳流能量方程,简化条件：,将简化条件代入式（3）得：,q = 0,（普遍适用）（3）,（可逆） （4）,（5） (任意工质和过程),由（5）式还可推得在喷管任意截面处，有：, 动能的增量 = 焓降=技术功,h* 为气体绝热滞止时的焓，滞止时的温度和压

3、力用 T* 和 p* 表示。 T* 和 p*的计算式见 P.115 式（7.26）和（7.27）(改),理想气体实际滞止与定熵滞止温度相同（焓相同），但压力小于定熵滞止压力（有熵产）。,滞止过程（c0、T、p）：cT，p,式（5）的微分表达式为：,由(6）得：,p c（喷管），反之 p c（扩压管）,（思考：式（6）的使用条件）,（能量转换）,理想气体的音速：,1. 当地音速： 流体处于某一状态下的音速。,四、音速方程,马赫数 Ma=c /ca,气体音速 ca (a) ：,不同截面(状态)ca不同.,Ma 1：超音速；Ma1：音速；Ma 1：亚音速。,一、气体流速与管道截面积的关系截面方程,由

4、,截面方程 P.112（7.18）,7-2 气体流速与管道截面积的关系,分析：,喷管沿程 dc 0，根据截面方程,在 Ma 1 区间，dA 0；,在 Ma 1 区间（较少），dA 0； 扩压管与喷管正好相反。 在 Ma1 处，dA0，即在 cca 处，dA0。 液体例外：喷管渐缩；扩压管渐扩。,一、出口流速,73 喷管中流速及流量的计算,（以上公式使用条件：任意工质、任意过程）,通常c1 c2，当c1 50 m/s 时, c1可忽略不计, 则,c2 与工质性质、进口处的状态参数及压力比有关。,对于水蒸气，可查水蒸气表或图得 h1、h2。 在定熵条件下，若工质为理想气体，可进一步化为,对于理想气

5、体,二、 临界流速、临界压力比,1. 定义：,临界压力比：,当 c1 50 m/s 时，不能忽略 c1 的影响，此时 前面计算流速公式中用 h0 代替 h1 。,临界流速： ccr= ca （当地音速）,由,可推得,2. 临界压力比的取值（仅取决于气体的热力性质）,单原子气：1.67，= 0.487,双原子气：=1.4，= 0.528,多原子气：=1.3，= 0.546,对于蒸汽，仅是一经验数据，有,过热蒸气：=1.3 ，= 0.546 ； 干饱和蒸气：=1.135 ，= 0.577 ； 湿蒸气：=1.035 + 0.1x,理想气体：,在喷管设计中，是选择喷管外形的重要依据。,时，选渐缩形喷管

6、；,三、 喷管的选型原则（气体）节能：,喷管的设计工况：,设 c1 ca，则当 1）c2 ca 时，,2）c2 ca 时，,式中 pb喷管出口处外界压力（背压）,p2出口截面上压力。,时，选缩放形喷管。,四、 流量 的计算,对渐缩喷管, 将 c2、v2 (理想气体)计算式代入得:,结论：采用渐缩形喷管只能获得亚音速和音速气流，要想获得超音速气流，必须采用缩放形喷管。,流量随压比的变化曲线见P.115 图7.3,当,最大流量以压比为自变量求极值，求得：,或,分析：对渐缩喷管 当 pbpcr 时:,上述两种情况, 无论 pb 如何降低, 流速和流量均不再变化。 当 pbpcr 时:,当,时:,对缩放喷管,质量流量与压比的关系见P.115 图7.3 其中右边抛物线实线段是渐缩喷管的流量变化规律, 左边水平实线段是缩放喷管的流量, 恒等于最大流量。,此时，pb 降低, 流速和流量均增大。,五、蒸气的流动特点（小结） 1、过程方程中值不同，为经验值，不具有比热比的含义； 2、临界压力比计算公式同理想气体，只需代入蒸汽的值即可； 3、能量方程（计算流速）中h值应查蒸气表或图。,二、 能量方程,节流前后焓相等。,74 绝热节流,一、绝热节流现象,，,，,二、 各种参数