第7章_气体与蒸汽的流动ppt课件.ppt

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1、第七章气体与蒸汽的流动FlowofGasandVapor带着问题学习本章研究什么样的流动问题？研究依据的理论是什么？研究的方法是什么？最终要解决什么问题？对研究的问题进行简化1.一维稳定流动；2.流动过程是绝热的；3.先将流动过程简化为可逆过程，再考虑不可逆因素的影响；4.流动工质为气体,常简化为理想气体。研究流体在变截面短管中的一维绝热稳定流动本章内容联系的工程实际问题：管道内的流动—喷管、扩压管、节流阀等。归结为：7-1一维稳定流动的基本方程1.连续性方程(质量守恒)稳定流动任一截面上的质量流量为定值适用于任何工质可逆和不可逆过程反映了流体截面积、流速和比体积之间的关系。微分形式绝

2、热稳定流动2.能量方程000工质流速的增加来自于焓值的减少任一截面上流体的焓与动能之和保持常量。适用于任何工质可逆和不可逆过程微分得h0称为总焓或滞止焓。气流在绝热流动过程中，受到阻碍使流速降为0的过程称为绝热滞止过程，相应的状态参数称为滞止参数。滞止参数:对于理想气体，定比热，定熵滞止，有滞止状态在工程上有现实意义如：钝体表面迎风面上的驻点，载人飞船返回舱的迎风面上承受很高的温度3.过程方程式可逆绝热过程方程式适用条件:(1)理想气体(2)定比热(3)可逆过程微分变比热时κ取过程范围内的平均值对于水蒸气也可以近似采用，κ取经验值。4.声速与马赫数微小扰动在连续截介质中的传播速度1)声

3、速声速方程:在气体中的过程可近似看作定熵过程取决于气体的性质和温度理想气体的声速声速是状态参数，称当地声速。马赫数定义为某处气体流速与当地声速的比值亚声速流动声速流动超声速流动2)马赫数7-2促使流速改变的条件一、力学条件由能量方程压力的变化与流速的变化符号相反流速增加，压力必下降；而流速减小，压力升高喷管扩压管二、几何条件气体流速变化与截面积变化之间的关系推导由得到及气流截面积的变化与流速的变化有关，还与马赫数有关。再结合连续性方程得：在压差条件满足的情况下，分析dcf>0（喷管）时截面的变化规律使气流从亚音速加速到超音速，必须采用渐缩渐扩喷管—拉伐尔喷管(Lavalnozzle)。

4、为最小截面，也称喉部截面，截面上Ma=1、cf=c，称临界截面亚声速气流流经渐缩喷管，流速可以不断提高，最高在出口截面达到声速。超声速气流要加速必须流经渐扩喷管。若使亚声速气流流速不断提高最终达到超声速则必须采用拉伐尔喷管，也叫缩放喷管。缩放喷管最小截面（喉部截面)处流速等于声速，即马赫数等于1，这个截面称为临界截面，该截面相应的参数为临界参数。临界参数：在渐缩喷管中，气体流速最大只能达到声速，而且只可能在出口截面达到，这时的出口截面为临界截面，流速等于声速，压力等于临界压力。7-3喷管的计算采用滞止参数，任何初速度不为零的流动可等效成从滞止状态开始的流动，使入口条件简化。初速度较小时

5、，入口截面近似处理成滞止截面。1.流速的计算任一截面上的流速出口截面工质的流速理想气体、定值比热、可逆流动有：取决于初态参数和压力比。临界压力比临界截面上临界压力比只与气体的性质有关临界流速临界压力比写为临界压力比非常重要，它是喷管选型的依据。常见工质的临界压力比νcr双原子理想气体：νcr＝0.528多原子理想气体：νcr=0.546过热水蒸汽：νcr＝0.546饱和水蒸汽：νcr=0.577经验值2.流量的计算在一维稳定流动中，任何一个截面上的质量流量均相同。常以流道的最小截面计算流量。渐缩喷管以出口截面计算流量，计算公式为：将计算式及代入得到qm,max当渐缩喷管出口截面的压力等

6、于临界压力时，流量取得最大流量，为对于缩放型喷管，喉部截面为临界截面，应有：3.喷管的计算喷管的计算包括设计计算和校核计算（1）喷管的设计计算已知：气流的初参数（p1，t1，cf1），流量qm，背压pb。任务：选择喷管的形状，并计算喷管的尺寸。喷管设计计算步骤：①求滞止参数②选型原则：计算出与νcr(＝)进行比较：时采用渐缩喷管时采用缩放喷管③确定(临界截面和)出口截面上气体的状态参数④求(临界流速和)出口截面流速⑤求面积对于渐缩喷管，求出口截面积A2；对于缩放喷管，求喉部截面积Amin，出口截面积A2及渐扩段的长度。（2）喷管的校核计算已知：喷管的形状和尺寸，工作条件即初参数和背压。

7、任务：确定出口流速和通过喷管的流量。喷管校核计算步骤：①求出滞止参数；②确定喷管出口截面上的压力，这是与设计计算不同的一步。对于渐缩喷管：若>νcr则若≤νcr则=νcrp0③求临界截面和出口截面上气体的状态参数④求临界流速和出口截面流速⑤求通过喷管的流量,可用临界截面参数求，也可用出口截面参数来求。例题1已知空气流经喷管，初态参数：背压，质量流量，试设计喷管。解题思路：1.据初速度计算滞止参数;2.将给定的压力比与临界压力比进行比较,确定喷