【精品】动力热力学第08章 气体和蒸汽的流动.ppt

对定比热理想气体 最大流速：发生在p2=0时 临界流动：Ma=1，即cf=c的流动。 如缩放喷管喉部 二、流量的计算 作业：8—2、4、6 三、喷管流速、流量与背压的关系 背压：出口以外环境压力pb； 出口压力：出口截面上的压力p2。 1. 流速、流量与出口压力的关系 ccr cf2max cf2 1 1 1 2 2 p2 pb qm,max qm 1 2. 流速、流量与背压的关系 pb Ma1 渐缩喷管 p0 p1cf1 p2cf2 力学条件（或能量方程）： 解释： 说明：压力从p0降到pb作的技术功，有能力加 速到超音速 几何条件： 因为渐缩，dA0不能变。 pb Ma1 p0 p1cf1 p2cf2 说明：几何条件限制，使渐缩喷管出口 　　　最多只能达到Ma=1。 pb Ma1 p0 p1cf1 p2cf2 类比：跑100m 标准跑道 沙地上 膨胀不足：即p2pb，此时： 　　气体在喷管中，由p0只能降到p2， 　　在喷管出口外，由p2降到pb， 　　因为出口dA→∞，不可逆压差膨胀，加速能力损失。 结论：渐缩喷管出口流速最多只能达到　Ma=1。 体能决定　←→　pb/p0 环境限制，不能发挥潜力　←→　dA 渐缩喷管流速图 1 1 渐缩喷管流量图 1 1 缩放喷管 Ma=1 Ma1 Ma1 1 2 喉部Ma=1，为临界流动，不管出口流速多大，它都临界 渐缩段出口临界，流量最大 结论：缩放喷管流量为定值。 可见：p2与A2有关联： 　　　p2越小，A2就要求越大。 对确定的喷管，A2一定。 其出口压力由A2决定，叫设计压力pd。 当pbpd时，即背压比设计工况高： 流动有非定熵情况出现。定熵公式不适用。 当背压pb=pd（设计压力）时，叫设计工况： 当pbpd时，即背压比设计工况低： 此时，p2=pdpb，出口状况与设计工况相同，不变。 也叫膨胀不足。是A2限制，加速能力不能发挥。 四、喷管外形选择和尺寸计算 1. 外形选择，即dA的变化规律。 原则：使加速能力充分发挥出来。 计算时均取p2=pb 2. 尺寸计算 渐缩 A2 缩放 Amin，A2 及缩放段的长度 l 变比热定熵流动过程计算时： * * 第八章 气体和蒸汽的流动 喷管：流速增加，压力降低 扩压管：流速降低，压力增加 (Gas and Steam Flow) 　　工程中有许多流动问题需考虑宏观动能和位能的化。比如喷管(nozzle;?jet)、扩压管(diffuser) 内的流动过程。 直管 节流阀(throttle?valve) 风洞 §8-1 稳定流动基本方程 稳定流动：任何一固定点上，所有参数都不随时间改变。 一元（维）流动：参数值在一个方向（流动方向）上变化。 注意：不同点上参数可以不同，但都不随时间变化。 二元、三元流动不研究 例：直管，二维简化为一维 1 2 　　一般沿垂直流动方向的截面上也有变化。如温度、流速。为简单起见，取截面上的平均值作为该截面上任何点的参数，则流动也可看作是一元流动。 如图： 一、连续性方程(质量守恒方程) continuity?equation 1 1 2 2 p1 T1 m1 cf1 p2 T2 m2 cf2 ? ? Acfρv A+dA cf+dcf ρ+dρ v+dv dA，dcf，dρ(或dv)变化受上式制约。 　　　如水：dρ=0，则dA0,dcf0 或反之。 二、 稳定流动能量方程 steady-flow?energy?equation 纯流动，无叶轮等，不作功wi=0； q≈0，喷管、扩压管很短。Cf 较大，q很小。 ? ? ? 叫动量方程 绝热滞止(stagnation) 滞止：流速减小到零的过程。 绝热滞止：绝热。 定熵滞止：可逆。 对定比热理想气体： 滞止参数：滞止状态的参数，如h0，T0，p0，v0等 滞止温度 定熵滞止压力　　　　　　　　　　　　　　　 滞止比容　　　　　　　　　　　 三、 过程方程 假设无摩擦， dA不太大，则其他参数变化也不太快，过程可逆。 四、音速方程 音速：声音相对于介质的传播速度。 从物理上讲，是由微弱扰动在连续介质中所产生的压力波(纵波)的传播速度。 如：拍一下手，产生一个压力波动，波面的速度即音速。 风 音速方程 等熵过程中 所以 理想气体 注意： 如空气，? 2）水蒸汽当地音速 1）音速是状态参数，因此称当地音速 3） 马赫数? (Mach?number) subsonic velocity supersonic velocity sonic ve