工程熱力學(xué)第九章-第23-24節(jié)

工程熱力學(xué)

EngineeringThermodynamics北京航空航天大學(xué)第九章氣體和蒸汽流動絕熱流動的基本方程定熵流動的基本特征噴管計算背壓變化對噴管內(nèi)流動的影響具有摩擦的絕熱流動絕熱節(jié)流研究目的及內(nèi)容火箭發(fā)射噴氣發(fā)動機(jī)使工質(zhì)加速研究目的及內(nèi)容噴管及擴(kuò)壓管廣泛應(yīng)用于熱動力設(shè)備，如汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、引射器、葉輪式壓氣機(jī)、膨脹機(jī)、燃燒器等研究內(nèi)容1.氣體流動過程中2.氣體流動的影響因素狀態(tài)參數(shù)變化氣體流速變化能量轉(zhuǎn)化規(guī)律管道截面變化外界條件變化研究以速度為主要狀態(tài)參數(shù)的噴管和擴(kuò)壓管中的流動的能量轉(zhuǎn)換規(guī)律第1節(jié)：絕熱流動的基本方程兩個基本假設(shè)穩(wěn)定流動：開口系中每一點(diǎn)的熱力學(xué)和力學(xué)參數(shù)都不隨時間而變化的流動一元穩(wěn)定流動的假設(shè)大大降低流動問題復(fù)雜性許多工程設(shè)備在正常工作時可以按一元穩(wěn)定流處理一元流動：只沿軸向或流動方向上流體參數(shù)發(fā)生變化的穩(wěn)定流動第1節(jié)：絕熱流動的基本方程幾個基本方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流(穩(wěn)定流動)狀態(tài)不隨時間變化恒定的流量連續(xù)性方程絕熱穩(wěn)定流動能量方程定熵過程方程熵方程過程方程連續(xù)性方程適用于任何工質(zhì)可逆和不可逆過程由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流特點(diǎn)截面面積氣流速度氣體比容絕熱穩(wěn)定流動能量方程適用于任何工質(zhì)可逆和不可逆過程增速以降低本身儲能為代價

穩(wěn)定流動能量方程：定熵過程方程氣體在管道內(nèi)進(jìn)行可逆絕熱流動，滿足定熵過程方程式對理想氣體，有：適用條件:(1)理想氣體(2)定比熱(3)可逆變比熱時，K應(yīng)取過程范圍內(nèi)的平均值對真實(shí)氣體：沒有簡單的過程方程式。為了簡化分析，可借用上述形式，但k不再是比熱容比，而是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，且隨工質(zhì)的狀態(tài)變化而變化。音速音速：聲音傳播的速度微小擾動在流體中的傳播速度流體中的音速不是常數(shù)，而是隨著流體狀態(tài)的變化而變化。音速計算式：定熵過程：壓力波的傳播過程可作定熵過程處理理想氣體只隨絕對溫度而變馬赫數(shù)流速當(dāng)?shù)匾羲?/p>

定義式M>1

超音速M(fèi)=1

臨界音速M(fèi)<1亞音速三種音速奧地利物理學(xué)家E.Mach(1838-1916)如：載人飛船以7.9km/s的速度繞地球飛行，其M=23？第2節(jié)：定熵流動的基本特性熱力學(xué)第一定律定熵過程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流dc>0dp<0dc<0dp>0噴管擴(kuò)壓管管道截面變化規(guī)律連續(xù)性方程：噴管與擴(kuò)壓管截面與流速的關(guān)系第3節(jié)：噴管計算噴管的用途：使氣流加速穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程：對于噴管：沒有功量交換忽略熱交換忽略位能差Tsp0p1p2012定熵滯止參數(shù)定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的氣流在定熵條件下擴(kuò)壓，使其流速降低為零時的參數(shù)Tsp0p1p2012噴管出口流速能量方程：0對于理想氣體：對于實(shí)際氣體：h1、h2可通過圖表得到。注意：出口速度與哪些因素有關(guān)？臨界壓力比和臨界流速管道截面變化規(guī)律：臨界截面處M＝1，壓力為臨界壓力pc，速度為臨界流速cc臨界壓力比和臨界流速噴管內(nèi)的流動為定熵流動，滿足定熵過程方程式：臨界壓力比理想氣體臨界流速：真實(shí)氣體臨界流速：流量與臨界流量穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流，各截面流量均相等：對于漸縮噴管：出口處M≤1流量與臨界流量對于漸縮漸擴(kuò)噴管：其喉部的M≤1，正常情況下M=1正常工作時背壓小于臨界壓力水蒸氣流速及流量1.首先計算pc，判斷噴管內(nèi)氣體流動狀態(tài)2.根據(jù)噴管內(nèi)氣體流動狀態(tài)，進(jìn)行流速和流量計算出口流速：臨界流速：質(zhì)量流量：最大流量：漸縮漸縮漸擴(kuò)過熱蒸汽：k＝1.3干飽和蒸汽：k=1.135噴管內(nèi)各參數(shù)的變化Tsp0p1p2012噴管設(shè)計噴管形式選擇：噴管尺寸計算：亞音速，漸縮噴管超音速，漸縮漸擴(kuò)噴管l一般取10°~12°背壓變化的影響漸縮噴管漸縮漸擴(kuò)噴管假定入口參數(shù)不變膨脹不足膨脹不足過度膨脹突擊壓縮具有摩擦的絕熱流動Ts122’p1p2速度系數(shù)噴管效率實(shí)際焓降小于理論焓降，實(shí)際出口小于理論出口速度。通常用速度系數(shù)或噴管效率描述實(shí)際過程與理想過程之間的差異（0.94～0.98）（0.9～0.95）引射器原理p1pbpb應(yīng)用實(shí)例：飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)pm氣流速度降低，壓力增加氣流速度增加，壓力減小p1<pm<pb>絕熱節(jié)流節(jié)流：流體在管道中流經(jīng)閥門、孔板或多孔堵塞物等設(shè)備時，由于局部阻力，使流體壓力降低的一種特殊的流動過程。節(jié)流元件特點(diǎn)：絕熱節(jié)流過程前后的焓相等但整個過程不是定焓過程絕熱節(jié)流過程是不可逆過程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流能量方程：實(shí)際應(yīng)用：

閥門，節(jié)流制冷，孔板流量計，測量濕飽和蒸汽的干度等。通過縮孔時動能增加，壓力下降并產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動和摩擦通過縮孔前動能增加，焓降低，通過縮孔后，動能降低，焓增加絕熱節(jié)流前后參數(shù)的變化對理想氣體12chp焓不變壓力下降比容增加熵增加溫度不變注:理想氣體的焓是溫度的單值函數(shù)絕熱節(jié)流前后參數(shù)的變化對實(shí)際氣體：節(jié)流前后焓不變，溫度不一定不