第7章 气体与蒸汽的流动课件.ppt

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1、7－2促使流速改变的条件7－1稳定流动的基本方程式基本内容第七章气体与蒸汽的流动7－0概述7－3喷管的计算7－5有摩阻的绝热流动7－6绝热节流工程中涉及大量的流动问题，有许多流动问题需考虑宏观动能的变化，特别是喷管(nozzle,jet)、扩压管(diffuser)及节流阀(throttlevalve)内流动过程的能量转换情况。7-0概述燃气轮机、蒸汽轮机等动力设备，借助高压气流通过喷管，产生高速气流冲击叶轮，使之旋转对外输出机械功。一、工质在管内流动的种类仅仅为了输送物质：特点：进出口流速变化不大，可

2、以忽略，如换热器、压气机等。专门用来改变流速，如扩压管，喷管等。喷管的作用：通过降低压力，使流速升高扩压管的作用：通过降低流速，使压力升高特点是：采用变截面管道，进出口速度变化很大。二、目的与任务研究流速变化与状态变化、截面变化间的关系;学会喷管的设计和校核计算。三、本节研究的前提条件一维稳定流动；绝热过程：q=0,无有用功ws＝0参数取平均值工程中常见的流动通常都可以处理成稳定流动。但是，由于受到摩擦、传热等影响，通常来说同一截面内的不同点的参数（速度、压力、温度）等存在差异，并不是一维问题。7-1稳

3、定流动的基本方程式2211A1,cf1,v1A2,cf2,v2空间各点参数不随时间而变化的流动过程1）稳定流动；2）一维;3）绝热可逆；4）定比热容一、连续性方程(质量守恒方程)对方程微分、整理后得：对于不可压缩流体：流速与截面积成反比。对于气体和蒸汽：流速还与工质的比体积有关。连续性方程描述了流道内流体的流速、比体积和截面积之间的关系。二、能量方程2211A1,cf1,v1A2,cf2,v2二、能量方程对于微元过程可写成：任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值，气体动能的增加，等于气流的焓降。适用条件

4、：可逆及不可逆过程均适用绝热滞止：气体在绝热流动过程中，因受某种物体的阻碍，而流速降为零的过程。1、理想气体：定比热容h0称为总焓或滞止焓，T0,p0如何确定滞止状态的状态参数？2、对于水蒸气：x=1h1h010t1p1hsO其他状态参数h-s图上读出；根据h0，s0利用水蒸气表或者计算程序计算思考：1.飞机迎风面的温度？注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃的高空以Ma=2飞行，其t0=182.6℃。因此，在处理高速流动问题时，滞止参数具有重要的地位。三、过程方程对方程微分后得：实际上，上式

5、也常用于变比热容的理想气体绝热过程，此时k为变化范围内的平均值。有时候也可以用于水蒸气，此时绝热可逆三个条件:(1)理想气体(2)可逆绝热过程(3)k为常数，定比热k是纯粹的经验值！四、声(音)速方程声速：微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度。气体介质中，压力波传播近似可看作定熵过程。对于理想气体：拉普拉斯声速方程注意：1）声速是状态参数，流道各个截面上气体的状态是不断变化的，因此，声速也是不断变化的。如空气当地声速：所考虑的流道某一截面上的声速。马赫数：气体流速与当地声速之比<1亚声(音)速=

6、1声(音)速>1超声(音)速小结基本方程式连续性方程过程方程能量方程主要目的：气体在流经喷管等设备时，气流参数变化与流道截面积的关系及流动过程中气体能量传递和转化问题。7-2促使流速改变的条件力学条件几何条件一、力学条件能量方程热力学第一定律技术功动能的增加在管道内流动的工质膨胀时的技术功，并未向机械设备传出，而是全部变成气流的动能了！微分形式：将马赫数代入，得：力学条件dp与dcf的符号始终相反！1、流速增加，则压力必然降低！2、压力升高，则流速必然降低！喷管扩压管气轮机压气机cfpcfp力学条件反应

7、了流速变化与状态变化之间的关系力学条件如果力学条件已经满足，如喷管，压力降低，流速就会提高，不论过程是否可逆！可逆绝热过程，动能的增加量最大，需要满足什么条件？二、几何条件将代入力学条件，得：将连续性方程代入上式，得：几何条件几何条件反应了流速变化与截面变化之间的关系。1）对于喷管目的：绝热膨胀、压力降低、流速增加渐缩喷管cf与A的关系还与Ma有关渐扩喷管气流截面缩至最小，等截面流动截面上Ma=1、cf=c，称临界截面[也称喉部(throat)截面]，临界截面上速度达当地音速称临界压力(critical

8、pressure)、临界温度及临界比体积。缩放喷管（拉伐尔喷管）喷管缩放喷管（拉伐尔喷管）渐扩喷管渐缩喷管流速增加、压力降低、绝热膨胀喉部截面是从Ma<1向Ma>1的转换面——临界截面（Ma=1)流体被加速时，沿流动方向流体参数的变化规律(dcf>0)xpccfxpccfＭa<1Ｍa≤1dA<0渐缩Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0pcrTcrccr=cfcr(临界截面)2）当促使流速改变的压力条件得到满足的前提下：a）收缩喷