工程热力学第7章.ppt

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1、第7章气体流动武汉大学动力与机械学院杨俊2009.08第七章气体流动§7-1稳定流动的基本方程一、连续性方程主要研究理想气体稳定可逆绝热流动，然后通过修正应用到水蒸气和不可逆流动12x1x2二、能量方程根据开口系能量方程约等于零等于零微分上式等于零第七章气体流动所有截面上的焓加动能之和都相等动能变小，焓将变大；动能为零，焓达最大定义：流体速度为零的截面称为滞止截面；此时流体的状态称为滞止状态。相应的参数称为滞止参数。如滞止压力，滞止温度，滞止焓。所有截面上的滞止焓均相同理想气体：第七章气体流动如果是可逆绝热滞止，无异于可逆绝热压缩水蒸气可在焓熵图上求滞

2、止温度和压力。过0点的定线，定温线的压力和温度即为滞止压力和滞止温度。第七章气体流动绝热滞止理想气体水蒸气第七章气体流动三、过程方程四、声速方程1、声速第七章气体流动2、马赫数某截面的流速同一截面的声速亚音速音速——临界截面超音速声速是状态参数超声速一定大于亚声速吗？为什么？第七章气体流动§7-2促使流速改变的条件一、力学条件第七章气体流动绝热能量方程技术功0第七章气体流动压力下降，速度增加速度下降，压力增加喷管扩压管二、几何条件第七章气体流动通流截面的面积影响速度第七章气体流动截面变小，速度增加截面变大，速度增加喷管扩压管只有缩放管才能将亚音速流加速

3、到超音速流三、外部条件第七章气体流动（1）渐缩喷管1122如果则如果则背压渐缩喷管出口压力最低只能降至临界压力工质离开出口后将要进入的空间的压力第七章气体流动（2）缩放喷管1122如果则不能用缩放喷管如果则背压在渐扩段的哪个截面开始达到背压，取决于截面积的大小，往后维持背压不变其管段是无效的。使用缩放喷管的目的一定是要将气流从亚音速加速到超音速。那么背压一定是小于临界压力的。第七章气体流动（3）临界压力第七章气体流动临界压力比双原子气体k=1.4过热蒸汽干饱和蒸汽经验数据只与物性有关例7.1喷管选型问题第七章气体流动临界压力只与工质的物性和滞止状态有关

4、（1）欲使压力为0.5MPa，温度为600K，速度为100m/s的空气经喷管尽可能加速后流入压力为0.1MPa的空间，试选择喷管形式。解：滞止温度第七章气体流动滞止压力临界压力应选用缩放喷管（2）欲使滞止参数为压力0.5MPa，温度为600K，的空气经喷管加速到400m/s。试选择喷管形式。第七章气体流动解：临界温度临界速度应选用渐缩喷管§7-3喷管计算一、流速第七章气体流动普遍适用理想气体可逆过程第七章气体流动二、流量三、喷管尺寸第七章气体流动（1）渐缩管——关键尺寸是出口截面积（2）缩放管——关键尺寸是最小截面积、出口截面积、渐扩段长度l第七章气体

5、流动例7-2由稳定气源流来的压缩空气压力等于0.3MPa，温度等于500K，流量等于5kg/s。用渐缩喷管加速后流入背压为0.1MPa的空间，试计算出口速度和面积。第七章气体流动决定出口压力第七章气体流动例7-3水蒸气初速100m/s、压力等于2MPa、温度等于300°C，经缩放喷管流入背压为0.1MPa的空间，喷管最小截面积，试计算出口速度、面积和流量。第七章气体流动第七章气体流动例7-4空气进入喷管时流速为300m/s，压力为0.5MPa，温度450K，喷管背压pb=0.28MPa，求：喷管的形状，最小截面积及出口流速。已知：空气cp=1004J/

6、(kg·K)，Rg=287J/(kg·K)解：滞止过程绝热由于cf1=300m/s，所以应采用滞止参数第七章气体流动所以采用缩放喷管或第七章气体流动例7-5滞止压力为0.65MPa，滞止温度为350K的空气，可逆绝热流经一收缩喷管，在喷管截面积为2.6×10-3m2处，气流马赫数为0.6。若喷管背压为0.30MPa，试求喷管出口截面积A2。解：在截面A处：第七章气体流动第七章气体流动出口截面：据喷管各截面质量流量相等第七章气体流动例7-6大储气柜内有初温t1=100℃，压力为p1=4.90MPa的氢气。氢气经渐缩喷管流入背压pb=3.9MPa的外界，设

7、喷管的出口截面积A2=20mm2，试求：1）氢气外射的速度及流量；2）若初始条件不变，喷管不变，氢外射入大气，求外射时的流速及流量。已知氢气Rg=4.12kJ/(kg·K)，cp=14.32kJ/(kg·K）第七章气体流动第七章气体流动解：1）首先确定p2确定p2，由于pb=0.1MPa

8、出现激波——压力跃升的冲击波激波出现在渐扩的某个截面上，背压越高，离临界面越近。压力升高后，按