第一部分热力学和气动力学基础.ppt

* * * * * * * * * * * * 发动机原理 §1.8 激波和膨胀波 1.8.1 膨胀波 超音速气流流过向外折转的壁面，且当下游为低压区时，都会由于气体膨胀而产生膨胀波。 如图所示，由涡轮叶片型面构成通道，在通道的量小截面A—A处(被称为喉道)达到音速。 而出口的压力比较低，在喉道之后为超音速区，气流通过一系列的膨胀波后，速度增加，温度降低，压力下降。 * * 发动机原理 §1.8 激波和膨胀波 1.8.1 膨胀波 超音速气流的方向发生折转，气流的折转角越大，气体膨胀得越厉害，气流参数的变化量也越大。 而气流折转角的大小，则取决于出口的反压，反压越低，则折转角越大。 随着反压的提高，膨胀波逐渐消失，直至喉道处也达不到音速。 * * 发动机原理 §1.8 激波和膨胀波 1.8.2 激波 物体在气流中作相对运动，在物体前方的气体受到压缩，产生无数道微弱的压缩波，以音速向前方传播。当物体相对于气流作超音速运动时，所产生的无数道压缩波就会集中在一起而形成激波，稳定在物体的前方。 与船头或桥墩水波类似 * 发动机原理 * 如图所示是两个发动机的进气道。所产生的激波与气流的方向相垂直，如图(a)，为正激波，与气流方向的夹角为锐角，如图(b)，为斜激波。激波与来流的夹角b的大小取决于波前气流M数和气流折转角?。波前气流M数减小，或气流折转角增大，一般会引起激波角增大。当M数减小到一定程度或气流折转角增大到一定程度时就会出现脱体激波。 1.8.2 激波 * 发动机原理 * 超音速气流通过激波，气流的速度突然减小，压力和密度突然增大，温度突然升高。 正激波后气流的速度必定是亚音速，斜激波后气流的速度仍是超音速。 激波强度用激波后气体的压力与激波前气体的压力的比值来表示。正激波的强度，只与波前气流的M数有关，M数越大，强度越大，斜激波的强度，则随波前气流M数和折转角q而变，M数和q角越大，强度越大。 1.8.2 激波 §1.8 激波和膨胀波 1.9.1 热力学定律概念 热力学第一定律 各种能量形式（热能、机械功、位能、动能）可以相互转变、传递，但不能创造、也不会消失。 热力学第二定律 在热动力机械中，工质从热源所得到的热量，不可能全部转变为机械功，而只能将其中一部分的热量转变为机械刚，其余的热量必须通过工质释放给某一个冷源。 转变的机械功与工质得到的热量之比为热效率。 * * 发动机原理 §1.9 热力学定律 热力学第二定律 （1）开尔文—普朗克说法 不可能建造从单一热源吸热，使其全部转换为功而不留下其他任何变化的循环发动机。 发动机内外都不留下其他任何变化——循环发动机 但是循环发动机除了从外界吸热，还必须向外界排热，才能回到起始状态，即外界必须发生变化。 （2）克劳修斯说法 不可能不付代价地把热量从低温物体传输到高温物体。 高温物体向低温物体传热是自发的、无条件的； 低温物体向高温物体传热是有条件、必须以消耗外界输入的功为代价的。 * * 发动机原理 1.9.1 热力学定律概念 §1.9 热力学定律 热力循环：由起始状态开始，使工质经历一系列的状态变化，又重新回到起始状态的封闭过程，简称循环。 正循环（动力循环）：把热量转变为功 逆循环（制冷循环）：把功转换为热量 * * 发动机原理 1.9.2 热力循环 §1.9 热力学定律 绝热过程对外做功 绝热过程对外做功 绝热过程对外做功 定容加热 定压放热 正循环 正循环 经过一循环，工质的 净功 外界向工质加入的净热量 热二定律得： 扩展到任意循环 或者 * * 发动机原理 1.9.2 热力循环 §1.9 热力学定律 动力循环的规律 工质从外界所得到的能量，只有一部分转变为功，另一部分排放到外界。 经济性指标——循环热效率 总是小于100%， 越大，热的利用效率越高，经济性越好。 * * 发动机原理 1.9.2 热力循环 §1.9 热力学定律 理想卡诺循环是任何热机可能达到的热效率的极限。 * * 发动机原理 1.9.3 卡诺循环 §1.9 热力学定律 a-b 理想绝热压缩 b-c 理想等温膨胀 c-d 理想绝热膨胀 d-a 理想等温压缩 气体工质的熵：是气体的状态参数，同p,T,V,u,h * * 发动机原理 §1.9 热力学定律 1.9.4 熵 温熵图 1 2 4 3 面积1234表示热力过程中对气体的加热量或放热量 。 对气体加热