7Chapter7气体与蒸汽的流动.ppt

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1、Chapter7气体与蒸汽的流动☆本章讨论的主要问题:气体和蒸汽流经管道的过程中，能量的传递和转换的规律问题以及喷管、扩压管的选用问题。☆本章讨论的范围:气体和蒸汽的一元稳定流动。一元稳定流动:是指流体中各参数(包括流速等)只沿着流动方向即管道的轴向作连续变化的流动。§7.1稳定流动的基本方程一、连续性方程式1§7.1稳定流动的基本方程二、稳定流动能量方程式h0——滞止焓或总焓，即流体流速为零时的焓，kJ/kg。若以某参考态T0为基准,并假定cp不变且为常数,则:例如:取cp=1000J/(kgK),则当C1=1~20m/s时,T0~T1之间的误差仅为0.0005~0.2℃,完全

2、可忽略T0~T1之间的误差。但当C1音速(340m/s)时,T0~T1之间的误差可达57.8℃；第一宇宙速度,7.91km/s时,T0~T1之间的误差可达31284℃2§7.1稳定流动的基本方程二、稳定流动能量方程式三、过程方程式理想气体可逆绝热过程的过程方程3§7.2喷管与扩压管一、基本概念(一)喷管1.喷管的概念:利用其截面积的变化和流体压力的下降而使流体加速的管道。2.喷管的形状(1)渐缩形喷管;(2)渐扩形喷管;(3)渐缩渐扩形喷管。3.喷管的用途:各类设备中的喷嘴,如蒸汽轮机、燃气轮机等。(二)扩压管1.扩压管的概念:利用其截面积的变化和流体流速的下降而使流体压力升高的

3、管道。2.扩压管的形状(1)渐缩形喷管;(2)渐扩形喷管;(3)渐缩渐扩形喷管。3.扩压管的用途:应用于叶轮式压缩机、鼓风机和泵等设备中。实际生产中,还利用了喷管、扩压管两者的特点,组合成了喷射泵(又称引射器)类的设备。4§7.2喷管与扩压管二、气流流速改变的力学条件dh+CdC=0结合绝热可逆dh=dq+vdp力学条件：CdC=－vdp(7-4)讨论:Ⅰ）要使dC＞0,即使流体增速,条件是dp＜0,即要使流体减压；（喷管原理）Ⅱ）要使dp＞0,即使流体加压,条件是dC＜0,即要使流体减速；（扩压管原理）三、气流流速改变的几何条件5§7.2喷管与扩压管力学条件：CdC=－vdp(

4、7-4)三、气流流速改变的几何条件6§7.2喷管与扩压管四、喷管与扩压管的其它用途联合使用组成用途独特的设备——喷射泵或称蒸汽引射器，用来压缩低压气体或将设备抽成具有一定真空度的负压设备。三个压力之间的关系:p1＞p3＞p27§7.3有摩阻的绝热流动一、有摩阻的绝热流动与定熵流动在温熵(T-s)图上的表示1→2:为可逆绝热膨胀过程即定熵膨胀过程;1→2:为不可逆绝热膨胀过程。二、有摩阻的绝热流动与定熵流动的区别h2＞h2、T2＞T2C2＜C2、v2＞v2、s2＞s2假定C1=0C2＜C28§7.3有摩阻的绝热流动三、喷管效率（n）(一)喷管效率的定义:在相同的初

5、始状态和终态压力下,实际流动过程喷管出口气流的动能和定熵流动过程喷管出口气流的动能之比值。它是衡量喷管中能量转换完善程度的指标之一。(二)喷管效率的计算式(三)其它表示方法1.速度系数(流速系数):(1)定义:喷管实际出口流速C2与定熵流动的出口流速C2之比值。(2)表达式2.能量损失系数(1)定义:实际流动过程中损失的动能与理想流动过程中喷管出口的动能(也称理想焓降)之比值。(2)表达式9§7.3有摩阻的绝热流动应用说明(以水蒸汽为例):如图7-4所示(1)已知p1、t1状态1h1(2)自点1向下作垂线与定压线p2的交点即为定熵膨胀终点2(3)(h1－h2)为理想焓降实际

6、出口焓值为:h2=h1－n(h1－h2)(4)以h2的定焓线交定压线p2于2实际出口状态2点t2、v2、x210§7.4绝热节流一、绝热节流的概念流体流经管路中的局部阻力装置时发生压力突降的现象。二、方程节流过程中,q=0、ws=0、gZ=0截面1-1、2-2,流动状态相对稳定,即C1≈C2,故:h1=h2(7-11a)或h=0(7-11b)三、节流效应(Joule—Thomson)1.理想气体:T2=T1(7-12)2.真实气体:11§7.4绝热节流四、节流的工程应用1.调节压力、流量,调节汽轮机功率;2.利用节流的冷效应进行制冷;3.利用节流孔板前后的压

7、差测量流体的流量;4.测量湿蒸汽的干度。现有1.5MPa的湿蒸汽在量热计中被节流到0.1MPa和403.15K，试求该湿蒸汽的干度？步骤1:由p1=1.5MPa查得:hg=2792.2kJ/kg、hl=844.89kJ/kg步骤2:由p2=0.1MPa、t2=130℃,查得:h2=2736.5kJ/kg、h1=h2=2736.5kJ/kg步骤3:由M=M(1－x)+Mx得:h2=hl(1－x1)+hgx1x1=0.971412