气体和蒸汽的流动

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1、第九章气体和蒸汽的流动工程上许多热力设备中，常常要处理气体在管道内的流动情况，热能机械能的转化也常常发生在工质在管道中进行流动的过程中实现。喷管：汽轮机：利用高速气流推动叶片输出机械功如扩压管：压气机：消耗外界功使气体增压减速但这种能量转化是很复杂的，因此要专门研究气体或蒸汽在管道中的流动问题。本章主要讨论：（用前面以学过的知识）质量守恒方程式1、气体流动的基本方程能量守恒方程式过程方程式状态参数的变化规律2、气体流动的基本特性他们与管道截面而变化的关系3、喷管设计算——管道截面参数设计9—1稳定流动的基本方程式本章的研究任务是从以学过的热力学基本知识来探讨工质在

2、管道中的流动问题，前面所学过的基本方程式归纳起来不外乎质量守恒方程、能量守恒方程以及仅反映工质状态变化的过程方程。由于工程上常见的工质流动都是稳定的，所以本章主要讨论气体及蒸汽的稳流情况——符合热疑虑。另外，由于工质流速都很高，时间很短，忽略，看成是绝热，所以在以后的讨论中都是稳流绝热的情况。先介绍两个新概念1、稳定流动：只在喷管各个截面上的一切参数PVC均不随时间变化。2、一元流动：指流动的一切参数仅在一个方向上（流动方向）有变化，而在其他方向上没有变化。实际上，第八章是前面学过知识的一个概括性总结复习，应用在复习和应用的基础上了解工质在管道内的流动规律。一、连

3、续性方程根据质量守恒原理，在稳定流动中，工质在单位时间内流经喷管任何截面的质量流量均相等。即微分连续性方程说明：1、三者之间的关系2、使用于速流、可逆、不可逆任何工质3、对不可压缩流体，则C,A成反比，4、对可压缩性流体（空气，蒸汽）喷管的变化规律与A,C,V豆油关系，而二、能量方程式工质在管道中流动，必然遵守开口系统稳定流动能量方程式∵∴——能量方程式微分：又∵能量方程式，适用稳流、绝热、可逆、不可逆任何工质。此关系式在稳流中与异号。三、过程方程式反应：流体力学参数，几何参数，状态参数关系。适用稳流、绝热、可逆、不可逆任何工质。过热蒸汽由于所研究的喷管和扩压管，

4、流速较高时间较短，可忽略，按绝热处理忽略摩擦，认为是可逆的因此：对理想气体对水蒸汽由蒸汽状态查微分：适用可逆、绝热任意工质上式说明，与异号故有上述基本方程是本章的计算基础由9—2管内流动的基本特性基本特性：分析管内流动的一般特性之间的关系。一、流速C与状态参数之间的关系，（力学条件）由前面已导出稳定流动能量方程式及可逆绝热过程方程式导出了干饱和汽温饱和气假设稳流绝热可逆流动。可知与异号与异号故可导出1、这种的管道称喷管2、这种的管道称扩压管从上可知力学参数C与热力学参数的关系是受能量方程和可逆绝热过程方程式制约。为什么dp<0会增加C即？解释：∵又∵∴则动能增加是

5、由技术功转变而来的，C与P,V,T之间的变化关系气体流动的内部属性。但要实现降压增速or增压减速的目的，又要求C的变化需要适当的外部条件——管道截面的变化来配合。一、工质流动截面积的变化规律（几何条件）由连续性方程这说明工质状态变化及流速变化、截面及相应的也发生变化。由于压力降低而膨胀产生的功和流出，流入的净功之和，并未对机器作功，而是全部转化动能。1、当时，即截面逐渐扩大渐扩2、当时，即截面逐渐缩小渐缩3、当时，即说明A达到最小值4、从上可知，若流动时，先是速度变化很快后来比容变化率又超过了速度变化率。即即截面先减缩然后渐扩，在喉部达到最小值。那么比容与的相互关

6、系又如何呢？由公式设——当地音速：状态参数——马赫数当地音速超音速亚音速代入：说明dv与dc同号可见：速度变化，截面也相应变化，其扩大缩小受的正负限制1、喷管a：当c

7、管的计算喷管中流速和流量计算1、设计：根据已给的流动条件，(初态)。求选择喷管的外形尺寸喷管的计算2、校核：根据喷管的外形尺寸，求工况变化时的流量的流速不论是设计还是校核，都要计算，下面根据稳定流动的基本方程来确定它们的计算公式及使用条件。一、流速的计算与分析1、计算流速根据稳定流动能量方程式有：稳流、绝热忽略流速是流动过程中的主要参数，它既说明流体流动的状况也反应流体流动能力的大小。说明：1、适用稳流，绝热、一切工质、可逆与不可逆过程。2、理气水蒸汽：查h-s图确定或表2、状态参数对流速的影响对理想气体，可逆绝热稳流状况下。从上式可见，是进口截面的参数是出口截面

8、的参数，可