第八章 氣體與蒸汽的流動

工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamics俞潔熱能工程系23-E207噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律1氣體和蒸汽在噴管中的流速和質(zhì)量流量2氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流3第八章氣體和蒸汽的流動OUTLINE研究前提

系統(tǒng)：穩(wěn)定流動工況。

沿流動方向上的一維問題：取同一截面上某參數(shù)的平均值作為該截面上各點該參數(shù)的值。

可逆絕熱過程：流體流過管道的時間很短，與外界換熱很小，可視為絕熱，另外，不計管道摩擦。

對于理想氣體，比熱容c=const。第八章氣體和蒸汽的流動穩(wěn)定流動的基本方程式概念穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流(穩(wěn)定流動)狀態(tài)不隨時間變化恒定的流量

流體在流經(jīng)空間任何一點時，其全部參數(shù)都不隨時間而變化的流動過程。第八章氣體和蒸汽的流動幾個基本方程連續(xù)性方程絕熱穩(wěn)定流動能量方程定熵過程方程第八章氣體和蒸汽的流動(1)連續(xù)性方程

const由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流特點適用于任何工質(zhì)穩(wěn)定流動可逆和不可逆過程截面面積氣流速度氣體比體積它描述了流道內(nèi)的流速、比體積和截面積之間的關(guān)系。結(jié)論

對于不可壓流體（dv=0），如液體等，流體速度的改變?nèi)Q于截面的改變，截面積A與流速wg成反比；

對于氣體等可壓流，流速的變化取決于截面和比體積的綜合變化。第八章氣體和蒸汽的流動(2)絕熱穩(wěn)定流動能量方程

注：增速以降低本身儲能為代價

不計位能，無軸功，絕熱，則：適用范圍：絕熱不作外功的穩(wěn)定流動過程，任意工質(zhì)，可逆和不可逆過程。結(jié)論：氣體動能的增加等于氣流的焓降。第八章氣體和蒸汽的流動10第八章氣體和蒸汽的流動(3)過程方程

=const

可逆絕熱過程方程式適用條件:(1)理想氣體(2)定比熱(3)可逆微分注意:變比熱時κ取過程范圍內(nèi)的平均值。12第八章氣體和蒸汽的流動公式匯總絕熱不作外功的穩(wěn)定流動過程，任意工質(zhì)，可逆和不可逆過程。適用于任何工質(zhì)穩(wěn)定流動，可逆和不可逆過程。理想氣體，比熱容為定值，可逆絕熱微元過程：

音速方程微小擾動在連續(xù)介質(zhì)中所產(chǎn)生的壓力波的傳播速度。壓力波的傳播過程可作定熵過程處理

音速定義式定熵過程理想氣體只隨絕對溫度而變音速不是一個固定不變的常數(shù)，與氣體的性質(zhì)及其狀態(tài)有關(guān)。第八章氣體和蒸汽的流動馬赫數(shù)：氣體的流速與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎?。Ma＜1

亞音速M(fèi)a＝1

氣流速度等于當(dāng)?shù)匾羲費(fèi)a＞1超音速第八章氣體和蒸汽的流動代入得第八章氣體和蒸汽的流動噴管：流速升高、壓力降低的變截面管道；擴(kuò)壓管：流速降低、壓力升高的變截面管道。結(jié)論

當(dāng)流速變化時，氣流截面積的變化規(guī)律不但與流速的變化有關(guān)，還與當(dāng)?shù)伛R赫數(shù)有關(guān)。第八章氣體和蒸汽的流動公式匯總連續(xù)性方程：能量方程：過程方程：特征參數(shù)方程：第八章氣體和蒸汽的流動

Ma<1，亞音速流動，dA<0，截面收縮；

Ma=1，

音速流動，dA=0，截面縮至最?。?/p>

Ma＞1，超音速流動，dA>0，截面擴(kuò)張。對于噴管（dwg

>0)時，截面形狀與流速間的關(guān)系：第八章氣體和蒸汽的流動縮放噴管（拉伐爾噴管）：

縮放噴管可實現(xiàn)氣流從亞音速變?yōu)槌羲伲趪姽茏钚〗孛妫ê聿拷孛婊蚺R界截面）處Ma=1，在臨界截面處的參數(shù)稱為臨界參數(shù)（以下標(biāo)cr表示），如：第八章氣體和蒸汽的流動

Ma＞1，超聲速流動，dA<0，截面收縮；

Ma=1，聲速流動，dA=0，截面縮至最??；

Ma＜1，

亞聲速流動，dA>0，截面擴(kuò)張；對于擴(kuò)壓管（dwg＜0)，截面形狀與流速間的關(guān)系：第八章氣體和蒸汽的流動噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律1氣體和蒸汽在噴管中的流速和質(zhì)量流量2氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流3第八章氣體和蒸汽的流動OUTLINE噴管的設(shè)計計算：

根據(jù)給定條件（氣流初參數(shù)、流量及背壓），選擇噴管的外形及確定幾何尺寸。噴管的校核計算：

已知噴管的形狀和尺寸及不同的工作條件，確定出口流速和通過噴管的流量。第八章氣體和蒸汽的流動流速計算及其分析

計算流速的公式：出口流速：不計wg

1，則對于理想氣體：第八章氣體和蒸汽的流動假設(shè)：

1）理想氣體；

2）定值比熱容；

3）流動可逆；

4）滿足幾何條件。

狀態(tài)參數(shù)對流速的影響第八章氣體和蒸汽的流動第八章氣體和蒸汽的流動當(dāng)p2＝0時，出口速度達(dá)最大，即：此速度實際上是達(dá)不到的，因為壓力趨于零時比體積趨于無窮大，截面積趨近于無窮大。第八章氣體和蒸汽的流動

臨界壓力比在臨界截面上：定義臨界壓比：雙原子氣體：

κ=1.4

βcr=0.528過熱蒸汽：

κ=1.3βcr=0.546干飽和蒸汽：

κ=1.135βcr=0.577第八章氣體和蒸汽的流動流量計算收縮噴管：根據(jù)連續(xù)方程，噴管各截面的質(zhì)量流量相等。但各種形式噴管的流量大小都受最小截面控制，因而通常按最小截面（收縮噴管的出口截面、縮放噴管的喉部截面）來計算流量，即：縮放噴管：第八章氣體和蒸汽的流動代入速度公式可得：第八章氣體和蒸汽的流動結(jié)論當(dāng)A2及進(jìn)口截面參數(shù)保持不變時：對于漸縮噴管：例1、P102例8-1、2。第三章熱力學(xué)第一定律噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律1氣體和蒸汽在噴管中的流速和質(zhì)量流量2氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流3第八章氣體和蒸汽的流動OUTLINE第一定律分析△h=0h2=h1第二定律分析△s=sg

s2＞s1節(jié)流后溫度——焦湯系數(shù)△p＜0s2＜s1第八章氣體和蒸汽的流動節(jié)流后溫度——焦湯系數(shù)△p＜0