绪论-河北农业大学.docVIP

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绪论-河北农业大学

第7章 气体与蒸汽的流动 基本要求: 1.深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义,熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。 2.对于工质无论是理想气体或蒸汽,都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。理解扩压管的流动特点,会进行热力参数的计算。 3.能应用有摩擦流动计算公式,进行喷管的热力计算。 4.熟练掌握绝热节流的特性,参数的变化规律。 7.1一元稳定流动的基本方程 一、连续方程 1、一元流动:指流动的一切参数仅沿一个方向有显著变化,而在其它两个方向上的变化是极小的。 2、稳态流动 工质以恒定的流量连续不断地进出系统,系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定,不随时间变化。 3、连续方程 单位时间流过流到中任意截面的体积(qv)等于流量和比体积的乘积,也等于流速和截面积的乘积: 所以 由稳态稳流特点, const 而 (7-1) 得: 式(7-1)就是一元稳定流动的连续方程。它说明:任何时刻流过流道任何截面的流量都是不变的常数。它适用于任何一元稳定流动,适用于任何工质可逆与不可逆过程。 二、绝热稳定流动能量方程 或者 本章主要讨论喷管和扩压管的流动过程。这种流动过程有如下特点: 无轴功 气体和外界基本上绝热 重力位能基本上无变化 所以能量方程变为如下的简单形式: 或 说明:增速以降低本身储能为代价。 三、流动中常用的其他一些和流体性质有关的方程 1、状态方程:流体状态方程的一般形式是 理想气体的状态方程的形式: 2、过程方程:只讨论绝热流动 由可逆绝热过程方程 =常数(k为定值)或 k称为定熵指数(绝热指数)。对定比热容理想气体, 3、音速方程 音速:微小扰动在流体中的传播速度。 定义式: 又有: 带入上式得 理想气体: 注意:压力波的传播过程作定熵过程处理。 特别的, 对理想气体: 只随绝对温度而变 7.2音速和马赫数 音速:微弱扰动在连续介质中所产生的压力传播的速度。 马赫数:气体的流速与当地音速的比值。 当Ma<1,即气流速度小于当地声速是,称为亚声速;当Ma=1,即气流速度等于当地声速;当Ma>1,即气流速度大于当地声速是,称为超声速。 7.3促使流速改变的条件 一、力学条件 气流在流动中如流速增加,则压力必然降低;如压力升高,则流速必降低。 二、几何条件 喷管:利用压力降落使流体加速的管道。 喷管 喷管喉部截面也叫临界截面 7.4喷管的热力计算 流速 滞止参数 把气体流速为零时或将具有一定速度的气流在定熵条件下扩压,使其流速降低为零时的各种参数称为滞止参数。 气体通过喷管任意截面时的流速c,由能量方程式计算 上式适用于绝热流动,对于定比热容理想气体: 对于无摩擦的定熵流动: 对于定比热容理想气体: 二、临界流速和临界压力比 临界流速cc:流速等于当地音速,即Ma=1 临界压力pc:当Ma=1时气体的压力 临界压力比:它是临界压力和滞止压力的比值。 特别的对双原子气体: 临界流速最终得 即 三、流量与最大流量 根据连续性方程,气流通过任意截面的qm都是相同的,无论按哪个截面设计,结果都是一样的,各种形式的喷管的qm都受最小截面控制,所以按最小截面(喉部)设计。 即: 化简为: 如果喷管最小截面积和滞止参数不变,那么当最小截面上的流速达到临界流速时,流量将达到最大值。最大流量为: 化简为: 上面式子只适用于定熵(无摩擦绝热)流动 7.5绝热节流过程 节流现象:流体在管道内流动时,有时流经阀门、孔板等设备,由于局部阻力,使流体压力降低的现象。 绝热节流(节流):节流过程中流体与外界没有热量交换。 绝热节流 重点、难点 1.喷管截面变化与速度、压力变化的关系。 2.喷管的选型与临界截面的关系。 思考题 1.对提高气流速起主要作用的是喷管的形状,还是气体本身的状态变化? 2.为什么渐扩形管道在一定条件下能使气流加速?对液体能否? 3.为什么气体在渐缩喷管只能膨胀到临界状态? 4.喷管的临界状态有哪些特性?什么是最大流量?如何确定?什么是临界压力比?它和什么因素有关?有何用处? 5.一个缩放喷管,原来在设计工况下工作。如其他情况不变,只

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