工程热力学第九章气体和蒸气的流动

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1、第九章气体和蒸气的流动第一节绝热流动的基本方程一、稳态流动概念：开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统的不同点上，参数值可以不同简化模型：管道内垂直于轴向任一截面的各种参数值都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。一元（一维）稳定流动二、连续性方程根据质量守恒定律，各截面质量流速相等：上述公式适用于任何工质的可逆与不可逆稳定流动过程三、绝热稳定流动能量方程：公式适用于任何工质的可逆与不可逆的绝热稳定流动过程四、定熵过程方程式公式仅适用于理想气体的比热比k为常数（定比热）的可逆绝热过程。五、音速与马赫数音速：微小扰动在流体中的传播速度。压力波

2、传播过程可以当作定熵过程处理。音速计算：定熵流动：理想气体：流体中的音速不是一个常数。指定状态下的音速值称为当地音速。马赫数MM<1亚音速M=1音速M>1超音速第二节定熵流动的基本特性一、气体流速变化与状态参数间的关系上式仅适用于定熵流动过程说明：管道内作定熵流动时，dc与dp符号相反积分式：二、管道界面变化的规律喷管分类：渐缩喷管——亚音速，降压增速渐扩喷管——超音速，降压增速缩放喷管（拉法尔喷管）渐缩扩压管渐扩扩压管参数变化示意图：喷管和扩压管的截面积变化与流速关系：第三节喷管中流速及流量计算一、定熵滞止参数将具有一定速度的气流在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，此时的气体参

3、数。理想气体：其他滞止参数的确定：二、喷管出口速度三、临界压力比及临界流速理想气体的定熵流动符合管道截面变化规律临界压力比：在喉部马赫数M=1，喉部的压力为临界压力，临界压力与进口压力的比值临界压力比推导：临界流速：临界压力比：临界流速计算式：对单原子气体对双原子气体对多原子气体四、流量与临界流量1、渐缩喷管的质量流量计算：喷管中气体质量流量决定于压力比p2/p1对压力p2的说明：p2是喷管出口截面处的压力，只有外界背压pb>pc时，p2才等于pb；当外界背压pbpc时，则出口截面处的压力p2=pc最大流量的计算：2、渐缩渐扩喷管的流量计算在同一个喷管中，各个截面上的质量流量是

4、相等的。正常工作的渐缩渐扩喷管的质量流量总是等于最大流量五、水蒸气流速及流量计算简化计算模型：假定水蒸气的定熵过程也符合pv=常数的关系对于过热蒸汽，取=1.3，=0.546，则pc=0.546p1；对于干饱和蒸汽，取=1.135，=0.577，则pc=0.577p1；上述经验数值，原则上只用于求解临界压力pc的值。对水蒸气的定熵膨胀过程，上述值和经验数值的选取由进口蒸汽状态决定。计算公式：对水蒸气的计算，不能应用理想气体状态方程及有关定熵过程中理想气体参数间的关系式最大流量质量流量临界流速出口流速六、小结表9－2列出了喷管计算的主要公式。对渐缩喷管的计算的原则：

5、pb>pc时，p2=pb，c2cc，m=mmax；计算喷管出口流速及质量流量的基本公式：第四节扩压管气体在扩压管中的定熵流动过程正好是喷管中的反过程。有关喷管定熵流动的基本关系式，管道截面变化规律的关系式均适用于扩压管与喷管的要求不同，扩压管通常是在已知进口参数、进口速度及出口速度的情况下，要求计算出口压力扩压比：扩压管出口压力p2与进口压力p1的比值表示扩压的程度第五节具

6、有摩擦的流动定熵过程的焓降为(h1-h2)，实际过程的焓降为(h1-h2`)。(h2`-h2)—消耗于摩擦的那部分动能损失速度系数：实际出口速度与定熵过程出口速度之比，=0.94~0.98喷管效率：实际过程气体出口动能与定熵过程气体出口动能的比值，n=0.9~0.95第六节绝热节流典型的不可逆绝热过程：焓值不变、压力下降、比容增大、熵增大对实际气体，焓值虽然不变，温度却是可以变化的节流后的温度升高——热效应节流后的温度降低——冷效应节流后的温度不变——零效应绝热节流系数（焦尔-汤姆逊系数）：焦尔-汤姆逊实验绝热节流前后的压力总是降低的，即dp<0，故当j<0时，dT>0，产

7、生热效应；当j>0时，dT<0，产生冷效应；当j=0时，dT=0，产生零效应；j=0的各点为相应等焓线的最高温度点——回转点连接所有回转点的曲线——回转曲线在回转曲线之内所有等焓曲线上的点，其j>0，节流产生冷效应——冷效应区回转曲线与温度坐标轴的交点得到最大回转温度Ta及最小回转温度Tb，初始温度高于Ta或低于Tb的气体，节流后降低温度是不可能的如果知道实际气体的状态方程式或实测气体的值及比热关系式，就可通过上述计算式得到j的值，从而确定在某一状态节流产生的是热效应、