工程热力学教案2(05版)课件.doc

第7章 气体及蒸汽的流动 （课时29、30） 基本要求： 1、掌握定熵流动的基本方程； 2、弄清促使流速改变的力学条件和几何条件，以及二者对流速的影响。理解气流截面积变化的原因。 3、掌握喷管中气流流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算，以及有摩阻时喷管出口参数的计算。能熟练进行喷管的设计和校核计算。 4、明确滞止焓、临界截面、临界参数的概念。掌握绝热滞止、绝热节流、流动混合过程的计算。 难点和重点： 1、渐缩喷管出口压力与背压的关系； 2、喷管的设计计算和校核计算； 3、节流的工程应用。 7.1 稳定流动的基本方程式 一、假定条件 1. 理想气体 2. 稳定流动 3. 流动过程是可逆的 4. 流动过程是绝热的 二、基本方程 1. 连续方程 ＝定值 定值 2. 稳定流动能量方程式 对于短管内的流动，能量方程可简化为=定值 对于微元过程： 滞止过程。 绝热滞止。 =定值 对于理想气体取定比热容值时，有 对于理想气体，无论可逆与否滞止温度相等； 而滞止压力： 可逆滞止与不可逆滞止滞止压力不相等；由图可见： 思考题：由一定流速的空气流中的压力表和温度计所测数值与实际数值相比如何？ 对于水蒸汽： 定熵滞止 不可逆绝热滞止： 注意：对于绝热滞止部分内容，关键是明确，绝热滞止焓无论可逆与否，都始终相等，再据具体工质的性质来确定终态的。 滞止所涉及的研究领域 例7-1 空气以的速度在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计的读数为70℃。假设空气在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度。 例7-2 1kg温度为，压力的空气，经绝热节流压力降至0.1MPa。（1）计算节流引起的熵增。（2）上述空气不经节流而是在汽轮机内可逆绝热膨胀到0.1MPa，汽轮机能输出夺多少功？（3）上述功是否即为空气绝热节流的做功能力损失，为什么？（取环境大气） 3. 过程方程式 4. 声速方程 声速。 声速不是一个固定不变的常数，他与气体的性质及其状态有关，也是状态参数， “当地音速”。 马赫数。 7.2 促使流速改变的条件 研究促使流速改变的意义。 一、力学条件（找出压力与速度的关系） 符号相反。 二、几何条件（找出与之间的关系） 注意：式中的为气流本身的截面，而非流道。 对喷管和扩压管分别进行分析： 喷管 对于缩放形喷管，其最小截面处称为喉部，喉部处气流速度为当地音速。 喷管截面形状与气流截面形状相符合，才能保证气流在喷管中充分膨胀，达到理想加速的效果。 对于扩压管（，） （三）缩放喷管 截面上参数均称为临界参数，。 7.3 喷管的计算 （课时31、32） 一、流速计算及其分析 1.流速的计算公式： =定值 出口截面上的流速； 2.状态参数对流速的影响 对于可逆绝热: 与入口参数及出口压力有关，而又与背压有关。 背压：出口截面处的工作压力。 与背压的关系： 渐缩喷管：即渐缩喷管出口截面的压力不能小于临界压力，流速不能大于临界流速= 缩放喷管： 。 喉部， 3.临界压力比 定义：临界压力比 = 估算时：单原子气体：； 双原子气体：； 多原子气体：。 水蒸气的定熵流动：过热蒸汽：； 干饱和蒸汽：。 则 二、流量计算 对于渐缩喷管，，故 对于缩放喷管， 即对于缩放喷管，只要，则喉部即为声速。 三、喷管的设计计算 设计喷管的已知条件为。 设计的原则是。 设计步骤如下： (1)选择外形 当，即时，选渐缩喷管，出口气体压力； 当，即时，选用缩放喷管。 （2）尺寸计算 渐缩喷管： 缩放喷管：最小截面面积、出口截面面积和渐扩段的长度。 ， 例7-3： 已知工质为空气．初态参数为＝500×103Pa，＝500℃，=111.46m/s、出口截面压力＝104.6×103Pa，质量流量＝1.5kg／s。试：（1）设计喷管；(2)略去计算喷管尺寸。 例7-4 初态p1＝2.8×106Pa、t1＝420℃的水蒸气以初速c1＝l 20 m/s可逆绝热流经喷管，进入pb＝2*106Pa的空间。当蒸汽的流量为3000kg/h时，试确定喷管的形状和尺寸。 例7-5 空气在一个缩放喷管中稳定定熵流动。若已知入口压力为400 kPa，温度为473K，流速可忽略不计；最小截面积为50 cm2；出口处气流的马赫数为3，试确定： (1)临界参数：； (2)出口截面上的参数：。 7.4 背压变化时喷管内流动过程简析 （课时33、34） 一、渐缩喷管 （1）假定条件 （2）不同背压下的流动特性 二、缩放喷管的流动特性 7.5 有摩阻的绝热流动 遵循能量方程： 与无摩阻的可逆稳定流动相比： 速度系数： 能量损失系数： 7.6 绝热节流 利用绝热能量方程： 有