51气体的流动.pptVIP

1、掌握定熵稳定流动的基本方程； 2、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本涵义； 3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算； 4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。 5-2 喷管内定熵流动的基本特性 1.绝热滞止 2.临界流速和临界压力比 3.气体的流量和喷管计算 5-1-1 喷管进口处的空气状态参数p1=0.15MPa，t1=27℃，流速c1 =150m/s，喷管出口背压为pB=0.1MPa，喷管流量为0.2kg/s。设空气在喷管内进行可逆绝热膨胀，试求： （1）喷管设计为什么形状（渐缩型、渐扩型、缩放型）； （2）喷管出口截面处的流速、截面积。 5-1-2 设计一缩放喷管，使其在出口产生马赫数Ma=4.0 及p2=0.1MPa 的空气流，其滞止温度为50℃，出口面积A2=6cm2，试计算喉部截面积及质量流量。 * 昆明理工大学交通学院内燃机实验室 网址： 研究生：雷基林 * 昆明理工大学交通学院内燃机实验室 网址： 研究生：雷基林 * 昆明理工大学交通学院内燃机实验室 网址： 研究生：雷基林 * 昆明理工大学交通学院内燃机实验室 网址： 研究生：雷基林 * * * 昆明理工大学交通学院内燃机实验室 网址： 研究生：雷基林 * 研究内容： 　　主要研究流体流过变截面短管（喷管和扩压管）时，其热力状态、流速与截面积之间的变化规律。 基本要求 第五章 气体的流动 5-1 稳定流动时气流的基本方程式 稳定流动：管道内各点的状态及流速、流量等都不随时间变化。 假设：①状态及流速只沿流动方向变化；②流动中能量转换过程是可逆的。 分析气体流动过程所依据的主要方程式：①连续性方程式；②能量方程式；③动量方程式；④状态方程式。 由能量守恒关系，有： 对其取对数再求微分，有： 1.连续性方程式 考虑到流动过程中无轴功交换以及重力位能的变化,气体和外界基本绝热，即wsh=0 , g(z2-z1)=0 , q=0 , 则有 2.能量方程式 由牛顿第二定律，流体运动时流速变化和受力的关系表示为： 稳定流动情况下，有： 可逆过程，流体内部无摩擦： 代入上式，有： 3.动量方程式 理想气体状态方程式： 上式的微分形式为： 4.其它流动性质方程式 绝热过程过程方程式 理想气体声速方程式 按物理学中关于气体介质中声速的公式 喷管——利用气体压降使气流加速的管道，即dc0。 气流流经喷管的时间很短，因此，喷管中气体的流动可作为绝热流动过程处理， 1.按能量方程式，当q=0时，有： 即dh0 →dc0。气体的焓降低而转换气体的流动动能。 2.按动量方程式，得到流速变化和压力变化的关系： 即dp0 →dc0。气体压力降低时流速增加。 可得定熵过程中压力变化与体积变化的关系为 代入动量方程，得定熵流动时流速变化与比体积变化的关系 可见dv0 →dc0。气体比体积增大时流速增加。 综上所述，在喷管中随着气体流速的增加，即dc0，气体状态的变化为：气体的焓和压力降低,而比体积增大，即dh＜0、dp＜0、dv＞0 。 3.按物理学中关于气体介质中声速的公式 式中：c/cs=Ma—马赫数恒为正。 4.按连续性方程式，管道截面积的变化为 将流速变化和比体积变化的关系式代入上式，有 即，当Ma＜1时， dc0 →dA0 。采用渐缩喷管； 当Ma 1时， dc0 →dA0 。采用渐扩喷管； 当流速从Ma＜1→ Ma 1，采用前段 渐缩和后段渐扩的组合喷管， 称为缩放型喷管或拉伐尔喷管。 Ma=1 由于喷管中气体的焓和温度随着气流速度的提高而降低，所以喷管中气体的声速会随着气流速度的提高而降低。 当地声速（马赫数）—气体所处状态下的声速（马赫数）。 扩压管—利用气体流速逐渐降低而使气体压力增高的设备。其流动特性为： dp0 → dc0 、dh0、dv0 。 气流掠过物体表面时，由于摩擦、撞击等使气体相对于物体的速度降低为零的现象称为滞止现象。 忽略滞止过程中的散热，则可认为过程为绝热滞止过程。绝