chapter8气体与蒸气的流动..docVIP

例题８－１　由不变气源来的压力，温度的空气，流经一喷管进入压力保持在的某装置中，若流过喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？若来流速度，其他条件不变，则喷管出口流速及截面积为多少？ 解　（１）这是一典型的喷管设计问题，可按设计步骤进行。 求滞止参数 因0，所以初始状态即可认为是滞止状态，则 选型 . 所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选缩放喷管，则。 求临界截面及出口截面参数（状态参数及流速） 或 (4)求临界截面积和出口截面积及渐扩段长度 取顶锥角 （２）当时，将增大，则减小，说明选用缩放喷管仍可行，否则要重新选型。这时的滞止参数为 (与时一样) 讨论 （１）对于喷管的设计计算问题，应明确设计任务，明确要求哪些参数，不要遗漏。 （２）当初速时，求出的出口速度和出口截面积，与初速时相比，其相对误差均为3.42%，不大，所以工程上通常将时的初速略去不计。 （３）从本题目求解中看到，当与时，求得的出口截面上的状参, 是一样的。这从图８－４上很容易理解，在初始状态参数及终压不变的情况下，无论初速是否为零，１和２状态点的位置都不会改变,则出口的热力状态参数不会改变，但力学参数是随初速变化的，因而出口截面积也会改变。 例题８－２　一渐缩喷管，其进口速度接近零，进口截面积，出口截面积。进口水蒸气参数为，背压，试求 （１）出口流速及流过喷管的流量。 （２）由于工况的改变，背压变为，这时的出口流速和流量又为多少？ （３）在（１）条件下，考虑到流动过程有摩阻存在，，出口流量有何变化？ 解　这是一典型的喷管校核计算类题目。因初速为零，因此初态１即是滞止态。 （１）确定出口压力 因 所以 确定出口截面积参数 根查图或表得 由查图得 求出口流速 求流量： （２）当时 因 减缩喷管最大膨胀能力 查得此压力下 所以 （３）若有摩阻存在，则 欲求还涉及到，因此状态点2’需先确定下来，然后查得。由 得　 由查得（参见图８－５） 故 讨论 （１）当流过喷管的工质是实际气体时，要注意适应于理想气体的公式不再适用，如 而不能用。 （２）求流速时要特别注意单位。通常查图或表得到焓值的单位为kJ/kg，代公式时要将其化为国际单位J/kg。 （３）对于减缩喷管的校核计算，出口压力的确定是很必要的，因为并不是总能降到背压。决不能不加判断就认为,这是错误做法。 例题８－３　氦气从恒定压力，温度的储气罐流入一喷管。如果喷管效率，求喷管里静压力处的流速为多少？其他条件不变，知识工质有氦气改为空气，其流速变为多少？设氦气及空气的比热容为定值 。 解　（１）气体由储气罐流如喷管，初速度很小可看作零。根据 　　　　　　　　 得　　　　　　 根据定熵过程参数间关系可得 　　　　　　　 于是　　　　　 　　 （２）工质为空气 　　　　　 　　　　　 　　　　　　 讨论 从计算结果看到，对于初始条件相同，出口压力相等的理想气体，或值大的气体，在流动中将得到大的流速。所以在高速风洞中常用氦气作为工作流体。 例题８－４　如图８－６所示，一减缩喷管经一可调阀门与空气罐连接。气罐中参数恒定为，喷管外大气压力为，温度，喷管出口截面积为。空气的。试求： （１）阀门Ａ全开启时（假设无阻力），求流经喷管的空气流量是多少？ （２）关小阀门Ａ，使空气经阀门后压力降为150kPa，求流经喷管的空气流量，以及因节流引起的做功能力损失为多少？并将此流动过程及损失表示在T-S图上。 解　分析：本例题实质上是一喷管校核计算型题目。问题的关键是确定出喷管不同工况下的入口参数，一旦入口参数确定了，就变成一单纯的喷管校核问题。而入口参数又由节流过程决定，可见是由节流过程和定熵流动过程组成的符合过程。 （１）阀门完全开启时，节流阀门没起作用，喷管的入口参数为 　　　　 因 所