《气体流动过程》PPT课件

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1、第6章气体的流动过程（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2021/8/262§6.1稳态稳流的基本方程⑴连续性方程稳态稳流时，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——流体在当地的流速；v——当地的流体比体积考虑到稳态稳流的特性，对管道的

2、任一截面——连续性方程微分形式2021/8/263⑵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↑2021/8/264——滞止焓滞止焓的物理意义为：绝热流动流体达到滞止状态时所应具有的焓参数最大值在流道中测定气流温度时，滞止效应将令所得的结果偏高令滞止状态的参数以下标“0”表示求解流动问题通常已知进口气流状态(h1,P1,v1,T1,c1)由h0T0P0v0滞止状态完全由进口气流初态确定解得解得滞止状态——绝热流动情况下流体因阻滞作用而达到流速为零

3、时2021/8/265⑶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)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+0.1x2021/8/266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为经验值滞止——绝热流动时因阻滞作用而达到流速为零的状态滞止参数P0、T0、v0(c0=0)完全由进口气流初态确定2021/8/267§6.2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

4、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，沿程不同截面上音速各不相同，对特定截面一般都强调为“当地音速”2021/8/268⑵马赫数马赫数(M)——流道中某一截面上的气体流速与当地音速之比亚音速——气体的流速小于当地音速，M<1超音速——气体的流速大于当地音速，M>12021/8/269⑴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§6.3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：利用

5、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2021/8/2610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2021/8/2611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——气流通过后能令气流P↑，c↓的流道⑶流速改变

6、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2021/8/2612对于亚音速流（M<1）气体的流速将随流道截面积反向变化喷管——渐缩状扩压管——渐扩状<0喷管(P↓,c↑)亚音速流（M<1）扩压管(P↑,c↓)亚音速流（M<1）2021/8/2613对于超音速气流（M>1）>0气体的流速将随流道截面积同向变化喷管——渐扩状扩压管——渐缩状根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速喷管(P↓,c↑)超音速流（M>1）扩压管(P↑,c↓)超音速流（M>1）气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，

7、对应有一极限出口压力P2，此后，任由喷管出口外的介质压力Pb下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为P22021/8/2614气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速拉伐尔喷管c=a若想令气流从亚音速加速至超音速喷管截面积应先收缩，后扩大——缩放喷管，亦称拉伐尔喷管2021/8/2615§6.4喷管(nozzle)计算通常依据喷管进口处的工质参数(P1、t1)和背压(Pb),并在给定流率的条件下进行喷管的设计计算设计计算的目的在于确定喷管的形状和尺寸校核计算的目的则在于预测各种条件下的喷管工作情况，即确定不同情况下喷管的流量和出口流速⑴流速计算2