工程热力学-第五章气体的流动和压缩

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1、工程热力学彭伟Email:weapon0818@163.com手机:18055440449第五章气体的流动和压缩§5-1一元稳定流动的基本方程一元流动的定义流动的一切参数仅沿一个方向（可以是弯曲流道的轴线）有显著变化，而在其他两个方向上的变化极小。连续方程qv体积流量：单位时间流过截面的体积qm质量流量：单位时间流过截面的质量§5-1一元稳定流动的基本方程能量方程喷管、扩压管流动：无轴功、绝热、无重力位能变化上式适用于任何工质的绝热稳定流动过程§5-1一元稳定流动的基本方程动量方程在流体中沿流动方向取一微元柱体，牛顿第二定律：若不考虑粘性力（摩擦力）§5-1

2、一元稳定流动的基本方程其他相关方程状态方程:F（p,v,T）=0过程方程（定熵过程）：pvκ=常数κ为定熵指数，γ0为理想气体定熵指数音速方程：§5-1一元稳定流动的基本方程其他相关方程马赫数是气体在某截面处的流速与该处音速之比根据Ma的大小，流动可分为三类亚音速流动音速流动超音速流动§5-2喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系什么是喷管用于增加气体或蒸气流速的变截面短管喷管中的流动过程流速很快，过程很短，近似绝热喷管§5-2喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系对于喷管而言，增加气体流速是其主要目的。当Ma<1时，要使dc>0，必须使dA<0(渐缩喷管

3、)当Ma>1时，要使dc>0,则应dA>0(渐扩喷管)当Ma从小于1增加到大于1，要使dc>0从dA<0过渡到dA>0(缩放喷管，拉伐尔喷管)§5-2喷管中气流参数变化和喷管截面变化的关系音速与临界流速喷管内，音速不断减小，流速不断增大，二者相等时的流速称为临界流速，此位置后喷管需从渐缩转为渐扩才能保持流速继续增大，此位置称为喉部。§5-3气体流经喷管的流速和流量滞止参数（*）：气体流速为0时的各种参数绝热过程流速无摩擦绝热过程§5-3气体流经喷管的流速和流量临界压力比临界截面上的气体压力pc与滞止压力p*之比称为临界压力比，用βc表示临界流速§5-3气体流

4、经喷管的流速和流量流量§5-3气体流经喷管的流速和流量最大流量§5-4压气机的压气过程压气机用来压缩气体最常见的是用来压缩空气，即空气压缩机原理：消耗功，并使气体从较低的压力升到较高的压力工作原理压头高低鼓风机—表压0.1~0.3MPa活塞式—压头高，流量小，间隙生产叶轮式—压头低，流量大，连续生产通风机—表压0.01MPa以下压气机—表压0.3MPa以上压气机分类：（容积型）（速度型）单级活塞式压气机的压气过程工作原理0-1：吸气，传输推动功p1v11-2：压缩，耗外功2-3：排气，传输推动功p2v2注意：压气机生产量通常用单位时间里生产气体的标准立方米表示

5、，不同于进气或排气状态。压气机耗功：表示在活塞式压气机的理想工作过程中，当气缸容积变化时缸内气体压力变化的曲线。图中的0-1和2-3过程，仅是将处于一定热力状态的气体吸入或排出气缸的机械输送过程，只有1—2压缩过程才是热力过程。"p—v”图(示功图)压缩过程的热力学分析pvp22T2n2s1p12T2n2sp2p11Tsjmn一种为过程进行得极快,视为绝热过程；一种为散热良好,视为定温过程；实际压缩过程在这两者之间二.理论耗功所以wC取决于初、终态及过程特征2.等温压缩3.多变压缩1.绝热压缩讨论：理想压缩是等温压缩b）通常为多变压缩,a）1

6、功:wc=-wt绝热压缩:wc=△h任何工质,可逆不可逆=Cp,0(T2-T1)理想气体,可逆不可逆=γ0/(γ0-1)(p2v2-p1v1)理想气体,可逆绝热=γ0/(γ0-1)p1v1〔(p2/p1)(γ0-1)/γ0-1〕同上=γ0/(γ0-1)RgT1〔(p2/p1)(γ0-1)/γ0-1〕同上多变过程,将上式中γ0换成n即可定温压缩:wcT=△h-q任何工质,可逆不可逆=-Rg㏑(v2/v1)=RgT㏑(p2/p1)理想气体可逆余隙容积的影响余隙容积—clearancevolumeV是实际进入气缸的气体容积,称为气缸的有效容积V产生原因布置进、排气结

7、构制造公差部件热膨胀当活塞运行到上止点位置时,为使进、排气阀开启时不与活塞顶部撞击,在活塞顶点与气缸盖之间留有一定得空隙,这一空隙称为余隙容积几个名词：余隙容积Vc（=V3）气缸工作容积(活塞排量)Vh(=V1–V3)有效吸气容积Ve（=V1–V4）容积效率ηv=Ve/Vh余隙比=Vc/Vh余隙容积对生产量的影响讨论：Vc↑，Ve↓ηV↓m生产量↓余隙对理论耗功无影响（实际上还是使耗功增大）。归纳：余隙存在使2）实际耗功增大有害容积1）生产量下降多级活塞式压气机的压气过程采用分级压缩，级间冷却：压缩过程中随p升高，T升高；v下降多级压缩和级间冷却为了节省压

8、缩耗功和限制压缩终温,同时为避免因增压