热工与流体力学基础-第7章ppt课件.ppt

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1、第七章气体和蒸汽的流动10/7/2021学习导引本章介绍了描述气体和蒸汽流动的三个基本方程，并以此为依据分析了气体和蒸汽在喷管和扩压管中流动的特性变化、能量转换规律及影响流动的外部条件，同时对热力工程中常用的绝热节流也做了简要介绍。10/7/2021学习要求1.理解绝热稳定流动的含义，及其稳定流动的基本方程式。掌握声速、马赫数的定义式。2.了解气体在喷管、扩压管中的流动情况，如流量的变化与压力变化的关系，管道截面变化的规律。3.了解临界状态、临界压力比的概念，会运用这些概念分析简单的工程问题。4.

2、掌握喷管中流量、流速的计算公式，会进行相关的工程计算。了解喷管中有摩阻时应考虑的内容。5.了解绝热节流的概念及其特点。10/7/2021重点与难点1.气体和蒸汽在喷管内可逆绝热流动时参数变化规律、流速及流量的计算为本章重点又是难点。2.喷管中流速及流量的计算有一定难度，应结合例题与习题加强练习。10/7/2021在工程中，经常遇到气体和蒸汽在喷管及扩压管内的流动问题。该流动过程是一种具有状态变化、流速变化和能量转换的特殊热力过程。例1:蒸汽在汽轮机喷管中的流动例2:气体通过叶轮式压缩机成为高压气体

3、例3:引射器的工作10/7/2021第一节绝热稳定流动基本方程一、绝热稳定流动气流在喷管或扩压管内的流动可视为一维绝热稳定流动。10/7/2021二、绝热稳定流动基本方程研究气体和蒸汽的一维稳定流动主要有三个基本方程:连续性方程绝热稳定流动能量方程定熵过程方程10/7/20211.连续性方程在稳定流动通道内任一固定点上的参数不随时间的改变而改变，各截面处的质量流量都相等。即：根据质量守恒定律，可知:qm1=qm2=…=qm=定值适用于任何工质的可逆与不可逆的稳定流动过程10/7/20212.绝

4、热稳定流动能量方程气体和蒸汽在管道内流动时，上式可简化为根据能量守恒定律，有:适用于任何工质的可逆与不可逆绝热稳定流动过程对于微元绝热稳定流动过程说明:气体和蒸汽在绝热稳定流动过程中,其动能的增加等于焓的减少。10/7/20213.定熵过程方程气体在管道内定熵流动时,有:只适用于比热容为定值的理想气体的可逆绝热流动过程对于微元可逆绝热流动过程对于蒸汽在定熵过程中状态参数的变化，可通过蒸汽的图表查得。=定值10/7/2021三、声速和马赫数1.声速——微弱扰动产生的压力波在连续介质中传播的速度，用符

5、号c表示。对气体或蒸汽的定熵流动,有对理想气体的定熵过程,有显然，声速通常是指当地声速，它取决于气体的性质及所处的状态。推导10/7/20212.马赫数——流体的流动速度cf和当地声速c的比值，用符号Ma表示。根据马赫数的大小可将气体和蒸汽的流动分为：Ma＜1，cf＜cMa1，cfcMa＞1，cf＞c亚声速声速超声速10/7/2021第二节气体和蒸汽在喷管和扩压管中的定熵流动一、流速变化与压力变化的关系对于定熵流动过程,有扩压管:增压减速dcf＜0，dp＞0,气体的压力必增高。dcf＞0，d

6、p＜0,气体的压力必降低；喷管:降压增速10/7/2021二、管道截面变化的规律经整理可得表明:气流截面的变化，不仅与马赫数有关，还与流速是增大还是减少(即是喷管还是扩压管)有关。管内流动的特征方程由此得到不同种类的喷管与扩压管。10/7/2021表7-1　喷管和扩压管截面积变化与流速的关系10/7/2021第三节喷管中流速及流量的计算一、喷管出口流速的计算对于蒸汽流过喷管，可利用蒸汽图表查得焓值h1、h2。（m/s）适用于任何工质的可逆和不可逆过程10/7/2021对于理想气体，取定比热容时，

7、cf2大小决定于、p1、v1和p2/p1,与A2无关,而喷管出口流速10/7/2021二、临界压力比与临界流速等于当地声速1.临界压力比与临界流速的计算在渐缩渐扩喷管的喉部（最小截面处），Ma1，有临界截面临界压力pc临界流速cfc临界压力比c适用定比热容的理想气体定熵流动过程pccp1适用于任何工质的可逆和不可逆绝热稳定流动过程10/7/2021水蒸气的经验值和理想气体的等熵指数及c值，均列于表7-2中。当工质的压力大约降到喷管进口压力的一半时，就会出现临界状态。临界压力比与临界

8、流速气体种类c气体种类c单原子气体1.670.487过热蒸汽1.30.546双原子气体1.40.528饱和蒸汽1.1350.577多原子气体1.30.546湿蒸汽1.035+0.1x在工程上一般规定以水蒸气的进口状态为准，选择相应的值和c值。根据c才能计算出在一定的进口条件下，气体压力下降到多少时流速恰好等于当地声速，达到临界状态。水蒸气的临界流速计算10/7/20212.根据临界压力确定喷管形状对渐缩喷管，出口处有cfc:临界流速，pc:临界压力，pb:喷管出口外界