气体流动过程（thermodynamics of one-dimensional steady flow of Gas）PPT课件教学幻灯片.pptVIP

气体的流动过程 （thermodynamics of one-dimensional steady flow of Gas） 2018-10-23 4 ⑵能量方程 根据稳态稳流的能量方程 对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况 可见，相对管道中的任意两个截面而言 若气流的焓 h↑，则流速c↓； 反之，若气流的焓h↓，则流速c↑ 2018-10-23 5 ⑶过程方程 对于状态连续变化的定比热容理想气体可逆绝热流动过程 水蒸气也借用该式作近似计算 但k不再具有热容比(cp / cv)的含义，为经验值： 过热水蒸气 k = 1.3 干饱和水蒸气 k = 1.135 干度为x的湿蒸汽 k = 1.035 + 0.1x 2018-10-23 6 过程方程 连续性方程 能量方程 小结 稳态稳流、绝热、不作轴功、不计重力位能的管道流动 对水蒸气k为经验值 2018-10-23 7 §2 音速和马赫数 ⑴音速 通常所说的音速指声波在空气中的传播速度 音速不是固定的，与传播介质的物性、热力状态有关 对理想气体，音速只与温度有关 对实际气体音速a不仅与温度T 有关，还与气体的压力P或比体积v有关 水蒸气中的音速也借用上式计算，其中的k值按前述经验值选取 流道中气体热力学状态不断变化，沿程不同截面上音速各不相同，对特定截面一般都强调为“当地音速”。 2018-10-23 8 等熵过程中 所以 2018-10-23 9 注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。 如空气， 2） 马赫数 (Mach number) （subsonic velocity） （supersonic velocity） （sonic velocity） 亚声速 声速 超声速 0℃ =331.2m/s -20℃ =318.93m/s 20℃ =343m/s 2018-10-23 10 ⑴ 流速改变与压力变化的关系 对于流体可逆流动，过程的技术功可表达为 §3 促使流速改变的条件 工程上常有将气流加速或加压的要求。例如： 利用喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功； 喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作用力来推动装置运动 通过扩压管利用气流的宏观运动动能令气流升压 气流的这种加速或扩压过程可以仅利用气流的热力学状态或运动状态变化来实现，无需借助其它机械设备 2018-10-23 11 管道中流动气流不作轴功，忽略重力位能变化  讨论中的流体流速c一般应为正值，k、M2 也是正值 式中dc与dP反号 气体的流速变化与其压力的变化方向相反 气流加速c↑ 0 0 压力P↓ 反之亦然 2018-10-23 12 喷管 ⑵ 喷管和扩压管 ——气流通过后能令气流P↓，c↑的流道 扩压管 ——气流通过后能令气流P ↑ ，c ↓ 的流道 ⑶ 流速改变与流道截面积变化的关系 气流速度与压力的反方向变化需通过管道截面积有规律地变化来促成 。 根据气体流动的连续性方程及绝热过程方程 2018-10-23 13 对于亚音速流（M1） 气体的流速将随流道截面积反向变化 喷管——渐缩状 扩压管——渐扩状 0 喷管(P↓,c↑) 亚音速流（M1） 扩压管(P↑,c↓) 亚音速流（M1） 2018-10-23 14 对于超音速气流（M1） 0 气体的流速将随流道截面积同向变化 喷管——渐扩状 扩压管——渐缩状 根据以上讨论，显然渐缩喷管只能将气流加速至音速。 喷管(P↓,c↑) 超音速流（M1） 扩压管(P↑,c↓) 超音速流（M1） 气流在渐缩喷管出口截面上达到当地音速时，对应有一极限出口压力P2，此后，任由喷管出口外的介质压力Pb下降，喷管出口截面上的气流压力仍维持为P2。 2018-10-23 15 气流在缩放喷管的喉部处达到当地音速 拉伐尔喷管 c=a 若想令气流从亚音速加速至超音速 喷管截面积应先收缩，后扩大 ——缩放喷管，亦称拉伐尔喷管 2018-10-23 16 §4 喷管(nozzle)计算 通常依据喷管进口处的工质参数(P1、t1)和背压(Pb),并在给定流率的条件下进行喷管的设计计算 设计计算的目的在于确定喷管的形状和尺寸 校核计算的目的则在于预测各种条件下的喷管工作情况，即确定不同情况下喷管的流量和出口流速 ⑴ 流速计