《气体流动过程》PPT课件

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1、飞机发动机的发展历程：2021/10/161涡轮喷气发动机2021/10/162喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管五大部件组成。工作原理：足够量的空气，通过进气道以最小的流动损失顺利地引入压气机；压气机以高速旋转的叶片对空气作功压缩空气，提高空气的压力；高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压的燃气；高温高压的燃气首先在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转，去带动压气机；然后燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，提高燃气的速度，使燃气以较高的速度喷出，产生推力。2021/10/163喷管及加速燃烧室喷管(noz

2、zle，或称喷嘴)的形状结构决定了最终排除的气流的状态，早期的低速发动机采用单纯收敛型喷管，以达到增速的目的。根据牛顿第三定律，燃气喷出速度越大，飞机将获得越大的反作用力。但是这种方式增速是有限的，因为最终气流速度会达到音速，这时出现激波阻止气体速度的增加。而采用收敛－扩张喷管（也称为拉瓦尔喷管）能获得超音速的喷气流。飞机的机动性来主要源于翼面提供的空气动力，而当机动性要求很高时可直接利用喷气流的推力。在喷管口加装燃气舵面或直接采用可偏转喷管（也称为推力矢量喷管，或向量推力喷嘴）是历史上两种方案，其中后者已经进入实际应用阶段。著名的俄

3、罗斯Su-30、Su-37战机的高超机动性就得益于留里卡设计局的AL-31推力矢量发动机。燃气舵面的代表是美国的X－31技术验证机。2021/10/164气体的流动过程（thermodynamicsofone-dimensionalsteadyflowofGas）流体在管道中流动时与外界的热交换往往可以忽略，也不对外输出轴功，而且常可视为稳态稳流装置。以下本章将主要讨论定比热容理想气体在管道中作绝热稳态稳流时的热力学状态变化与宏观流动状况（流速、流量）变化之间的关系。2021/10/166§1一元稳定流动的基本方程⑴连续性方程稳态稳流

4、时，任何一段管道内流进和流出的流体流量相等管道中的一维稳定流动A1A2c1c21212由于式中A——管道的截面积c——流体的流速；v——流体比体积考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面——连续性方程微分形式2021/10/167⑵能量方程根据稳态稳流的能量方程对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况可见，相对管道中的任意两个截面而言若气流的焓h↑，则流速c↓；反之，若气流的焓h↓，则流速c↑2021/10/168⑶过程方程对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程水蒸气也借用该式作近似计算但k不再具有热容比(cp/cv)

5、的含义，为经验值：过热水蒸气k=1.3干饱和水蒸气k=1.135干度为x的湿蒸汽k=1.035+0.1x2021/10/169过程方程连续性方程能量方程小结稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动对水蒸气k为经验值2021/10/1610§2音速和马赫数⑴音速通常所说的音速指声波在空气中的传播速度音速不是固定的，与传播介质的物性、热力状态有关对理想气体，音速只与温度有关对实际气体音速a不仅与温度T有关，还与气体的压力P或比体积v有关水蒸气中的音速也借用上式计算，其中的k值按前述经验值选取流道中气体热力学状态不断变化，沿程不同截

6、面上音速各不相同，对特定截面一般都强调为“当地音速”。2021/10/1611等熵过程中所以2021/10/1612注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。如空气，2）马赫数(Machnumber)（subsonicvelocity）（supersonicvelocity）（sonicvelocity）亚声速声速超声速0℃=331.2m/s-20℃=318.93m/s20℃=343m/s2021/10/1613⑴流速改变与压力变化的关系对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为§3促使流速改变的条件工程上常有将气流加速或加压的要求。例如

7、：利用喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功；喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作用力来推动装置运动通过扩压管利用气流的宏观运动动能令气流升压气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运动状态变化来实现，无需借助其它机械设备2021/10/1614管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化讨论中的流体流速c一般应为正值，k、M2也是正值式中dc与dP反号气体的流速变化与其压力的变化方向相反气流加速c↑00压力P↓反之亦然2021/10/1615喷管⑵喷管和扩压管——气流通过后能令气流P↓，c↑的流道扩压管—

8、—气流通过后能令气流P↑，c↓的流道⑶流速改变与流道截面积变化的关系气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化来促成。根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程2021/10/1616对于亚音速流（M<1）气体的