氣體與蒸汽的流動(dòng).ppt

1、第七章 氣體與蒸汽的流動(dòng),主要研究內(nèi)容：氣體和蒸汽在流動(dòng)過程中的能量傳遞與轉(zhuǎn)換規(guī)律。 工程應(yīng)用舉例： 1、噴管（重點(diǎn)） 渦輪機(jī)械：高溫高壓氣體流經(jīng)噴管后流速升高，然后進(jìn)入渦輪機(jī)沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械功； 噴氣式飛行器：利用尾部噴管高速氣流的反作用力推進(jìn)飛行器； 射流設(shè)備：消防設(shè)備、射流風(fēng)機(jī)等。,2、擴(kuò)壓管 葉輪式壓氣機(jī)：渦輪機(jī)流出的高速氣流經(jīng)擴(kuò)壓管將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能。,沖壓式噴氣推進(jìn)機(jī)：前方擴(kuò)壓管、尾部噴管（氣流經(jīng)擴(kuò)壓管進(jìn)入燃燒室，燃?xì)膺M(jìn)入尾部噴管）速度足夠高時(shí)不需燃料，但不能自行起飛。 3、絕熱節(jié)流 制冷裝置：節(jié)流閥 管路中的減壓閥、調(diào)節(jié)閥或流道截面突然變化等情況。,重點(diǎn)研究內(nèi)容：研究氣體在噴

2、管中的流動(dòng)規(guī)律。,兩種常用噴管的形狀：,一、 連續(xù)性方程（對流道中任意截面）,簡化模型: 一維、定熵(可逆、絕熱)、穩(wěn)定流動(dòng),（1）,71 一維穩(wěn)定流動(dòng)基本方程,二、(定熵)過程方程,pvconst,微分整理, 得:,（2）,對液體：dv = 0，其噴管只能是漸縮噴管，c當(dāng)?shù)匾羲?注：理想氣體為絕熱指數(shù)（cp/cV）, 蒸氣為經(jīng)驗(yàn)值,微分得:,三、穩(wěn)流能量方程,簡化條件：,將簡化條件代入式（3）得：,q = 0,（普遍適用）（3）,（可逆） （4）,（5） (任意工質(zhì)和過程),由（5）式還可推得在噴管任意截面處，有：, 動(dòng)能的增量 = 焓降=技術(shù)功,h* 為氣體絕熱滯止時(shí)的焓，滯止時(shí)的溫度和壓

3、力用 T* 和 p* 表示。 T* 和 p*的計(jì)算式見 P.115 式（7.26）和（7.27）(改),理想氣體實(shí)際滯止與定熵滯止溫度相同（焓相同），但壓力小于定熵滯止壓力（有熵產(chǎn)）。,滯止過程（c0、T、p）：cT，p,式（5）的微分表達(dá)式為：,由(6）得：,p c（噴管），反之 p c（擴(kuò)壓管）,（思考：式（6）的使用條件）,（能量轉(zhuǎn)換）,理想氣體的音速：,1. 當(dāng)?shù)匾羲伲?流體處于某一狀態(tài)下的音速。,四、音速方程,馬赫數(shù) Ma=c /ca,氣體音速 ca (a) ：,不同截面(狀態(tài))ca不同.,Ma 1：超音速；Ma1：音速；Ma 1：亞音速。,一、氣體流速與管道截面積的關(guān)系截面方程,由

4、,截面方程 P.112（7.18）,7-2 氣體流速與管道截面積的關(guān)系,分析：,噴管沿程 dc 0，根據(jù)截面方程,在 Ma 1 區(qū)間，dA 0；,在 Ma 1 區(qū)間（較少），dA 0； 擴(kuò)壓管與噴管正好相反。 在 Ma1 處，dA0，即在 cca 處，dA0。 液體例外：噴管漸縮；擴(kuò)壓管漸擴(kuò)。,一、出口流速,73 噴管中流速及流量的計(jì)算,（以上公式使用條件：任意工質(zhì)、任意過程）,通常c1 c2，當(dāng)c1 50 m/s 時(shí), c1可忽略不計(jì), 則,c2 與工質(zhì)性質(zhì)、進(jìn)口處的狀態(tài)參數(shù)及壓力比有關(guān)。,對于水蒸氣，可查水蒸氣表或圖得 h1、h2。 在定熵條件下，若工質(zhì)為理想氣體，可進(jìn)一步化為,對于理想氣

5、體,二、 臨界流速、臨界壓力比,1. 定義：,臨界壓力比：,當(dāng) c1 50 m/s 時(shí)，不能忽略 c1 的影響，此時(shí) 前面計(jì)算流速公式中用 h0 代替 h1 。,臨界流速： ccr= ca （當(dāng)?shù)匾羲伲?由,可推得,2. 臨界壓力比的取值（僅取決于氣體的熱力性質(zhì)）,單原子氣：1.67，= 0.487,雙原子氣：=1.4，= 0.528,多原子氣：=1.3，= 0.546,對于蒸汽，僅是一經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有,過熱蒸氣：=1.3 ，= 0.546 ； 干飽和蒸氣：=1.135 ，= 0.577 ； 濕蒸氣：=1.035 + 0.1x,理想氣體：,在噴管設(shè)計(jì)中，是選擇噴管外形的重要依據(jù)。,時(shí)，選漸縮形噴管

6、；,三、 噴管的選型原則（氣體）節(jié)能：,噴管的設(shè)計(jì)工況：,設(shè) c1 ca，則當(dāng) 1）c2 ca 時(shí)，,2）c2 ca 時(shí)，,式中 pb噴管出口處外界壓力（背壓）,p2出口截面上壓力。,時(shí)，選縮放形噴管。,四、 流量 的計(jì)算,對漸縮噴管, 將 c2、v2 (理想氣體)計(jì)算式代入得:,結(jié)論：采用漸縮形噴管只能獲得亞音速和音速氣流，要想獲得超音速氣流，必須采用縮放形噴管。,流量隨壓比的變化曲線見P.115 圖7.3,當(dāng),最大流量以壓比為自變量求極值，求得：,或,分析：對漸縮噴管 當(dāng) pbpcr 時(shí):,上述兩種情況, 無論 pb 如何降低, 流速和流量均不再變化。 當(dāng) pbpcr 時(shí):,當(dāng),時(shí):,對縮放噴管,質(zhì)量流量與壓比的關(guān)系見P.115 圖7.3 其中右邊拋物線實(shí)線段是漸縮噴管的流量變化規(guī)律, 左邊水平實(shí)線段是縮放噴管的流量, 恒等于最大流量。,此時(shí)，pb 降低, 流速和流量均增大。,五、蒸氣的流動(dòng)特點(diǎn)（小結(jié)） 1、過程方程中值不同，為經(jīng)驗(yàn)值，不具有比熱比的含義； 2、臨界壓力比計(jì)算公式同理想氣體，只需代入蒸汽的值即可； 3、能量方程（計(jì)算流速）中h值應(yīng)查蒸氣表或圖。,二、 能量方程,節(jié)流前后焓相等。,74 絕熱節(jié)流,一、絕熱節(jié)流現(xiàn)象,，,，,二、 各種參數(shù)