8流体力学-第八章 气体一维定常流动.pptVIP

火力发电厂可靠性分析 火力发电厂可靠性分析 流 体 力 学 第八章 气体一维定常流动 一维定常流动方程 亚、超声速流动的基本性质 一维定常定熵流动气体动力学函数 激波和膨胀波 气体在喷管和等截面管内的加速流动 与液体相比，气体的显著特点是更具有压缩性：气体在高速流动时，除压强外密度也随流速的增大而减小、随流速的减小而增大，常归类为可压缩流体流动。 快速的压强变化导致流场中产生压力波和/或膨胀波，影响气体的流动。压力波和膨胀波在气流中的传播、反射、干扰等现象多数都很复杂，并在一些情况下对流动产生不利影响。 密度发生较大变化的气体流动属于空气动力学范畴，例如透平机械中的高速气体流动、飞机和火箭高速运动引起的空气流动、爆炸引起的空气运动等。 第一节 一维定常流动方程 第二节 亚、超声速流动的基本性质 根据当地音速的概念，在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上达不到相同的马赫数？ 是的，大气层的温度随高度下降，所以高空大气的当地声速比海平面的小，故而同样的飞行速度在海平面上的马赫数低于高空的马赫数！ 标准状态（常压、288K）下，声速为340m/s（1224km/h），即使高速公路上汽车行使的速度为122km/h，则它相对于空气运动的马赫数Ma=0.1，此时按不可压流动计算得到的流动参数的相对误差不过1％，对工程上来说足够精确。 因此，通常按照Ma对气体流动的研究进行如下分类： 三、通流面积对气体流动的影响 工程举例2:汽轮机的基本作功单元 能量转换的主要部件是一组喷管和一圈动叶，由它们组合而成的工作单元，称为汽轮机的一个“级”。 第三节 一维定常定熵流动气体动力学函数 第四节 激波和膨胀波 一、斜激波 如图所示，在一个充满静止气体的直圆管中，活塞向右作加速运动，活塞右侧的静止气体受压后被扰动形成一个压缩波向右移动。 二、斜激波 弯折点O对气流产生一微弱压缩扰动。OA线称为压缩马赫波，马赫角为?。 气流经过压缩马赫波后，流动方向向内偏射 (与斜壁OO’平行，流速略微降低. 1.当OO’的内折角是有限值? 时，可将其看作有无数个微小角度d? 组成，无数个马赫波叠加起来，形成斜激波。夹角为?，称为斜激波角。 2.当超声速流流经一凹曲面OO’时，无数个这样的马赫波，叠加起来形成一斜激波。 3.当超声速流流经一尖壁时，在尖端将产生两条斜激波。若尖劈的半角?增大，斜激波角β随之增大；当β增至一极限值βmax时，附着于尖端的斜激波，将发生脱体现象。 三、膨胀波 当超声速气流流经一有微小外折角d ? 的壁面时，弯折点O对气流产生一微弱膨胀扰动，形成一道膨胀马赫波。气流经过膨胀马赫波后，方向向外偏射(与斜壁OO’平行)，流速略微增大。 1.当OO’的外折角为有限值? 时，可将其看作有无数个微小角度d ?叠加，无数条膨胀马赫波，形成一张角为φ的扇形区域，称为普朗特—迈耶波。超声速透平叶栅中的膨胀流动是其典型例子。 2.当超声速流流经一凸曲面时，所有马赫波组成一发散的波系。 第五节 气体在喷管和等截面管内的加速流动 第五节 气体在喷管和等截面管内的加速流动 第五节 应 用 举 例 【例7-1】 空气从大容器经喉部直径为25mm的缩放喷管流向大气，设大容器中的计示压强和温度各为690kPa和40℃，大气压强 101.3kPa（abs.）。若不计空气流过喷管时的损失，试求临界流速、出口流速、出口马赫数和出口截面的直径以及 。空气 J/（kg·K）， 1.4。 解析 【例7-2】 在亚声速飞行的飞机上，装有皮托管和静压管，用来测量飞机的飞行速度。今测得大气的静压 0.75×105Pa，气温 -10℃，动压 0.25×105Pa。试计算飞机的飞行速度。 解析 【例7-3】 核爆炸产生的爆震波（激波）以16000m/s的速度在静止的大气中传播，原来空气的压强为1.0133×105Pa，温度为300K，试计算： (1)激波相对静止空气的马赫数 ； (2)激波后相对静止观察者的压强和温度的滞止值。 解析 【解】 空气的临界压强由式（7-25） 0.528×（690+101.3）=417.7（kPa） 而 101.3kPa，于是 ，故采用缩放喷管。 空气的气体常数 J/（kg·K），则 （kg/m3） 临界