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第十章 第十章 气体与蒸汽的流动 气体与蒸汽的流动 讲课时间：第十周 周二 §10－1 概述 工程中有许多流动问题需考虑宏观动能，特 别是喷管、扩压管及节流阀内流动过程的能量转 换情况。 喷管：使气流膨胀降压而增加流速的管道 扩压管：使气流流速降低、压力升高的管道 • 学习本章的一个重要目的是告诉读者如何通过管 道尺寸的设计，使得工质在稳定流过管道后达到 预期的流速变化。 • 本章首先给出流体一维稳定流动过程必须遵循的 基本方程式 • 然后讨论在理想情况（即可逆绝热）下，工质在 喷管和扩压管内流动过程中的热力状态、流速与 截面积之间的变化规律。 • 在此基础上，介绍了喷管中工质流速的计算，以 及喷管外形的选择和尺寸的计算。 • 最后，考虑有摩擦的不可逆绝热流动过程以及绝 热节流过程。 §10－2 稳定流动的基本方程式 严格来讲，由于受到摩擦和传热等影响，运动 的流体在流道同一截面上的不同点参数值（如速 度、温度等）是不相同的 为了使问题简化，可将流道内同一截面上流体的各同 名参数都视为一致的，每一流体参数只沿着流动方向 发生变化。这样，问题就可以简化为一维稳定流动问 题。此时，截面上的某一参数是同一截面上该参数的 某种平均值。 简化前（三维） 简化后（一维） 一、质量守恒方程（也叫连续性方程， continuity equation） 根据质量守恒原理，在稳定流动时，流经流道任意截 面的质量流量为一个定值。 如图取截面1－1和 2－2，两截面的参数为 p 1 p 2 质量流量：qm1 、qm2 T1 T2 v1 v2 流速： cf 1 、cf 2 qm1 qm2 比体积： v1 、v2 截面积： A 、A 1 2 根据质量守恒定律： A c A c Ac qm1 qm 2 qm 1 f1 2 f 2 f 常数 v v v 1 2 微分： dA dc dv f + − 0 A c v f 上式为稳定流动的连续方程式。它描述了流道 内的流速、比体积和截面积之间的相互制约关系。 该方程由质量守恒方程得到，因此适用于任何流 体、任何稳定流动过程，而不论流体（液体和气 体）的性质如何以及过程是否可逆。 dA dc dv