工程热力学习题解答-5.docVIP

气体的流动和压缩 思 考 题 1.既然对有摩擦和无摩擦的绝热流动都适用，那么摩擦损失表现在哪里呢? 答：对相同的压降）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h增大，从而使焓降()减少了，流速C也降低了（动能损失）。对相同的焓降()而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。 2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗? 答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由可知，当时，若，则必，即气体必为超音速气流。超音速气流膨胀时由于而液体，故有渐放形管，则必，这就是说，渐放形管道 3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜作扩压管? 图 5-15 答：可用方程来分析判断 a) 时 当时，必，适宜作喷管 当时，必，适宜作扩压管 b) 时 当时，必，适宜作扩压管 当时，必，适宜作喷管 c) 当入口处时，在段；在喉部达到音速，继而在段成为超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管） 当入口处时，在段，；在喉部降到音速，继而在成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。 4. 有一渐缩喷管，进口前的滞止参数不变，背压（即喷管出口外面的压力）由等于滞止压力逐渐下降到极低压力。问该喷管的出口压力、出口流速和喷管的流量将如何变化? 答：如右图所示分三种情况来分析 1)当背压时，随流速，流量， 2)当背压时，，流速，流量 3)当背压时，，， 5. 有一渐缩喷管和一缩放喷管，最小截面积相同，一同工作在相同的滞止参数和极低的背压之间（图5-16）。试问它们的出口压力、出口流速、流量是否相同?如果将它们截去一段（图中虚线所示的右边一段），那么它们的出口压力、出口流速和流量将如何变化? 图 5-16 答：1）（a)、（b)两喷管在截去一段之前有如下结果： （a)是渐缩喷管，出口只能达到临界状态，其出口处于临界状况 即有，， （b)是缩放喷管，可以得到超音速流动，其出口必处于超音速状态，有，，（∵相同的喉部面积和参数） 2）（a)、（b)两喷管在图中所示位置各截去一段后： （a)截后仍是渐缩喷管 ， ，， （因为出口面积增大了） （b)截后仍是缩放喷管，， （因为喉部面积和参数未变） 习 题 5-1 用管道输送天然气（甲烷）。已知管道内天然气的压力为 4.5 MPa，温度为295K、流速为 30 m/s，管道直径为 0.5 m。问每小时能输送天然气多少标准立方米? [解]： 或 5-2 温度为 750 ℃、流速为 550 m/s的空气流，以及温度为 20 ℃、流速为 380 m/s的空气流，是亚音速气流还是超音速气流?它们的马赫数各为若干?已知空气在 750 ℃时 ?0 = 1.335；在 20 ℃时 ?0 = 1.400。 [解]：依音速公式(5-9)可得： 因而 是亚音速气流 因而 是超音速气流 5-3 已测得喷管某一截面空气的压力为 0.3 MPa、温度为 700 K、流速为 600 m/s。视空气为定比热容理想气体，试按定比热容和变比热容（查表）两种方法求滞止温度和滞止压力。能否推知该测量截面在喷管的什么部位? [解]： 1)按定比热容计算， 空气可认为是理想气体,由(5-24)式和(5-25)式可得： 2)按变比热容查表计算 a)按平均比热计算，由700K查附表3 b)按比热经验公式计算，由附表2查得空气经验公式为 要判断所测截面位置必先判断其流速是否超音速 所以属于超音速流动，所用喷管必为缩放形喷管，可以为所测截面一定是喉 部截面之后。(∵在喉部截面之前不能超音速) 5-4 压缩空气在输气管中的压力为0.6 MPa、温度为 25 ℃，流速很小。经一出口截面积为 300 mm2的渐缩喷管后压力降为 0.45 MPa。求喷管出口流速及喷管流量 (按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦,以下各题均如此 )。 [解：喷管流速可由(5-17)式求得： 由连续方程可知，要求，必先求 对理想气体： 等熵流动： 所以 也可以如下求得： 对等熵流动 所以 同样可得： 5-5 同习题5-4。若渐缩喷管的背压为 0