第7章_气体与蒸汽的流动.ppt

第七章 气体与蒸汽的流动 Flow of Gas and Vapor 带着问题学习 本章研究什么样的流动问题？ 研究依据的理论是什么？ 研究的方法是什么？ 最终要解决什么问题？ 对研究的问题进行简化 1.一维稳定流动； 2.流动过程是绝热的； 3.先将流动过程简化为可逆过程，再考虑不可逆因素的影响； 4.流动工质为气体,常简化为理想气体。 7-1 一维稳定流动的基本方程 1.连续性方程(质量守恒) 稳定流动任一截面上的质量流量为定值 绝热稳定流动 任一截面上流体的焓与动能之和保持常量。 h0 称为总焓或滞止焓。 气流在绝热流动过程中，受到阻碍使流速降为0的过程称为绝热滞止过程，相应的状态参数称为滞止参数。 　　 滞止参数: 滞止状态在工程上有现实意义 如：钝体表面迎风面上的驻点， 载人飞船返回舱的迎风面上承受很高的温度　　 3.过程方程式 4.声速与马赫数 2)马赫数 7-2 促使流速改变的条件 一、力学条件 由能量方程 　气流截面积的变化与流速的变化有关，还与马赫数有关。 在压差条件满足的情况下， 分析 dcf 0 （喷管）时截面的变化规律 缩放喷管最小截面（喉部截面)处流速等于声速，即马赫数等于1，这个截面称为临界截面，该截面相应的参数为临界参数。 临界参数： 在渐缩喷管中，气体流速最大只能达到声速，而且只可能在出口截面达到，这时的出口截面为临界截面，流速等于声速，压力等于临界压力。 7-3 喷管的计算 采用滞止参数，任何初速度不为零的流动可等效成从滞止状态开始的流动，使入口条件简化。 初速度较小时，入口截面近似处理成滞止截面。 1. 流速的计算任一截面上的流速 出口截面工质的流速 临界压力比 临界截面上 临界压力比非常重要，它是喷管选型的依据。 常见工质的临界压力比νcr 双原子理想气体：νcr＝0.528多原子理想气体：νcr =0.546过热水蒸汽：νcr＝0.546饱和水蒸汽：νcr =0.577 2.流量的计算 在一维稳定流动中，任何一个截面上的质量流量均相同。 常以流道的最小截面计算流量。 渐缩喷管以出口截面计算流量， 计算公式为： 将计算式 当渐缩喷管出口截面的压力等于临界压力时，流量取得最大流量，为 3.喷管的计算 喷管的计算包括设计计算和校核计算 （1）喷管的设计计算已知：气流的初参数（p1，t1，cf1），流量qm，背压pb。任务：选择喷管的形状，并计算喷管的尺寸。 喷管设计计算步骤： ①求滞止参数 ②选型原则： 计算出 与νcr (＝ ) 进行比较： ③确定(临界截面和)出口截面上气体的状态参数 ④求(临界流速和)出口截面流速 ⑤求面积 （2）喷管的校核计算 已知：喷管的形状和尺寸，工作条件即初参数和背压。任务：确定出口流速和通过喷管的流量。 喷管校核计算步骤： ①求出滞止参数； ②确定喷管出口截面上的压力， 这是与设计计算不同的一步。 对于渐缩喷管： 若 νcr 则 若 ≤νcr 则 =νcr p0 ③求临界截面和出口截面上气体的状态参数 ④求临界流速和出口截面流速 ⑤求通过喷管的流量 ,可用临界截面参数求，也可用出口截面参数来求。 例题1 已知空气流经喷管，初态参数： 背压 ，质量流量 ，试设计喷管。 解题思路： 1.据初速度计算滞止参数; 2.将给定的压力比 与临界压力比进行比较,确定喷管的形状; 3.确定出口截面压力; 4.计算出口流速、临界流速； 5.计算截面积等尺寸。 例题2 压力 ，温度 的蒸汽，经拉伐尔喷管流入压力为