蒸汽流量计算

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1、第八章气体和蒸汽的流动第一节喷管和扩压管的截面变化规律第二节气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量第三节气体和蒸汽的绝热节流第一节喷管和扩压管的截面变化规律可逆流动应满足：连续性方程、可逆流动方程、可逆绝热方程音速方程一、气流流通截面变化率方程1、按连续性方程得出截面变化率方程Q=0；Ws=0气流流通截面变化率方程任意工质、任意过程对于喷管：对于扩压管：2、比体积变化率与流速变化率之比音速方程气体、蒸汽适用理想气体、可逆绝热过程水蒸汽、可逆绝热过程取经验数据k=1.3过热蒸汽k=1.135饱和蒸汽适用于理想气体和蒸汽的音

2、速方程马赫数Ma：工质流速与当地音速之比Ma>1，超音速流动Ma=1，临界流动Ma<1，亚音速流动判断流态：可逆流动方程可逆绝热方程气体和蒸汽的可逆绝热流动以马赫数表述的气流流通截面变化率方程图8-1喷管截面形状Ma<1Ma≤1Ma≥1M>1二、喷管截面的变化规律1、当喷管的进口流速为亚音速，Ma2-1为负值，喷管是渐缩型的。2、当喷管的进口流速为超音速，Ma2-1为正值，喷管是渐放型的。3、当气流由亚音速增加到超音速喷管应是缩放型的。该喷管又称为拉伐尔喷管，最小截面处的流动为临界流动。M>1M<1Ma=1渐缩喷管不

3、能获得超音速气流三、扩压管的截面变化规律1、当扩压管的进口流速为亚音速，扩压管是渐放型的。2、当扩压管的进口流速为超音速，扩压管是渐缩型的。3、当气流由超音速减到亚音时，扩压管应是缩放型的。最小截面处的流动为临界流动。Ma<1Ma≤1Ma<1Ma>1图8-2扩压管截面形状Ma≥1Ma>1一、流速将开口系统稳定流动能量方程应用于喷管：第二节气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量焓值单位为J/kg，速度单位为m/s；该式适用于任意工质的任意绝热过程。对于理想气体适用于理想气体的可逆或不可逆绝热过程。如为理想气体可逆绝热流动：

4、适用于理想气体的可逆绝热过程当p2/p1=0，即出口处为真空时，出口流速达到最大当p2/p1=1时，即进出口没有压差时，流速为零。理想气体绝热过程二、临界速度和临界压力比沿喷管的可逆绝热流动中，气流速度等于当地音速的截面称为“临界截面”。临界截面上的温度、压力、速度分别称为临界温度、临界压力、临界速度。Tcr、Pcr、Wg,cr临界压力与进口压力之比称为“临界压力比”临界压力比cr仅与气体的种类有关，适用于理想气体和水蒸汽。水蒸汽的k值取经验数值。单原子气体k=1.67cr0.487双原子气体k=1.40cr

5、0.528三原子气体k=1.30cr0.546过热水蒸汽k=1.30cr0.546饱和水蒸汽k=1.135cr0.577cr物理含义：气流的压力下降多少时，流速恰好等于当地音速。它还是判定流动特征的参数。p2/p1>cr,则Ma<1，亚音速流动p2/p1<cr,则Ma>1，超音速流动根据临界压力比公式可求临界速度三、渐缩喷管在非设计工况下的工作设计工况：P2=Pcr1.背压出口膨胀波：2.背压出口雍塞：非设计工况：四、质量流量（一元稳定流动）1、对于渐缩喷管：出口截面为最小截面理想气体C图8-3流

6、量随p2/p1的变化曲线βcr0p2/p111/2讨论：1、当p2/p1=1，质量流量为零，流不动，如图中点A。B2、当p2/p1下降时，质量流量增加，当压力比达到临界压力比时，质量流量达到最大值。如图中点B。3、当p2/p1再下降时，尽管从力学条件上气流可达到超音速，对于渐缩喷管而言，其几何形状限制了气流的膨胀。出口截面上的压力仍为pcr，流量为最大流量。实际按BC变化。A2、对于缩放喷管：临界截面为最小截面对于理想气体，由临界压力比及绝热过程方程得：由于缩放喷管在喉口处已达到临界状态，质量流量始终保持最大流量不变

7、。例8-1废气涡轮中渐缩喷管出口截面积A2=200cm2，背压P2’=0.11MPa，喷管入口燃气压力P1=0.2MPa，温度t1=400°C，燃气具有空气性质，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。解首先判断背压是大于还是小于临界压力：背压大于临界压力，故。例8-2渐缩喷管出口截面积A2=3cm2，背压P2’=0.5MPa，喷管入口空气压力P1=1MPa，温度t1=700°C，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。解首先判断背压是大于还是小于临界压力：背压小于临界压力，故。2、实际气体：h=f(T,p),节流后温度变化

8、不定。T2T1，“节流热效应”第三节气体和蒸汽的绝热节流绝热节流：1、h1=h22、p20,s2>s1,sf=04、v2>v1绝热节流的温度效应称为“焦尔--汤姆逊效应”1、理想气体：因为h=f(T)，T1=T2图8-7实际气体的冷、热效应区TLTTHppN热效应区冷效应