热工基础 作者 宋长华 06 气体和蒸汽的流动.ppt

06 蒸汽的流动--SCH 制作：宋长华 本章主要内容 一维稳定流动的基本方程式 管内定熵流动的基本特性 喷管的计算 绝热节流 本章教学要求 6-1 一维稳定流动的基本方程式 稳定流动：流体在流经空间任何一点时，其全部参数(状态参数和运动参数)都不随时间而变化的流动过程。 一维稳定流动：各种参数只沿流动方向变化的稳定流动. 如:蒸汽在汽轮机中的流动;蒸汽在管道中的流动. 喷管：凡是用来使气流降压增速的短管。 扩压管：凡是用来使气流减速增压的短管。 假设：①状态及流速只沿流动方向变化，属一维稳定流动。②流动中能量转换过程是可逆的，流动无摩擦，且绝热。 分析流动过程所依据的基本方程式 热力学中主要方程 ① 连续性方程式； ② 能量方程式； ③ 过程方程式。 其它方程：动量方程；状态方程；音速方程。 一 、连续性方程式 根据质量守恒定律可知，在稳定流动过程中，通道内各截面处的质量流量相等，并且不随时间而变化，即qm1=qm2=qm3=……=qm= 常数 。 连续性方程分析 1）对不可压流体（dv = 0），如液体等，流体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与流速c成反比； 即：A1C1= A2C2= AC常数 2）对于气体等可压流体，流速的变化取决于截面和比体积的综合变化。 3）稳流连续性方程的微分形式： 二、稳定流动能量方程式 稳定流动能量方程的微分形式 流动规律小结 方程表明：工质作稳定绝热流动又不做功时．任 一截面上的焓与动能之和等于常数。 换言之，工质速度的增加是由于工质焓的减少；反之，工质速度的减少将使工质的焓增加。 3、定熵流动的过程方程式 气体在管道内进行的绝热流动过程，如果是可逆的，就是定熵过程。定熵过程方程式为: pvk= 常数 它表明工质在定熵流动过程中的压力和比容之间的变化关系，式中：k称为绝热指数， 对理想气体，k＝cp/cv，其中的cp和cv可为定值，也可为平均值； 对于水蒸气，k为经验数据，且为变量，其值为: 过热蒸汽 : k=1.30 干饱和蒸汽:k＝1.135 湿饱和蒸汽 k＝1.035十0.1x 6-2 管内定熵流动的基本特性 喷管— dc0， dp0 。 喷管的类型 6-2 工质在管内中的定熵流动 一、声速与马赫数： 声速a：声音在介质中的传播速度，用a表示。 当地声速：工质在某一工况下的音速。 马赫数： Ma=c/a 当Ma＜1时（c＜a)时——为亚声速流动； 当Ma＝1时（c＝a)时——为声速流动； 当Ma 1时（c a)时——为超声速流动； 二、流速变化与截面的变换关系 当Ma1时， dc与dA异号, 对喷管,dc0则dA0,为渐缩型；对扩压管, dc0则dA0,为渐扩型. 当Ma1时， dc与dA同号,对喷管,dc0则dA0,为渐扩型；对扩压管, dc0则dA0,为渐缩型. 当流速从Ma1→ Ma1，采用前段渐缩和后段渐扩的组合喷管，称为缩放型喷管或拉伐尔喷管。 结论与分析 （1）在喷管中随着气体流速的增加，即dc＞0，气体的焓降低dh＜0、压力降低dp＜0、比体积增大dv＞0，而截面积可能增大，也可能减小，这与马赫数有关： Ma＜1时，dA＜0； Ma＞1时，dA＞0。 （2）在渐缩喷管的出口处气体速度一般为亚声速，最高速度可达到声速；而缩放喷管的出口处气体速度一定为超声速。 （3）工程中喷管入口总是Ma＜1的情况，进口处Ma＞1的渐扩喷管几乎不单独使用，因此在热力工程中，常用的喷管为渐缩喷管和缩放喷管。 三、临界参数与临界压力比 1）压力比β：喷管出口截面压力p2与入口截面压力p1之比。 2）临界流动与临界参数： 临界流动（状态）：指工质的流速c与同截面音速a 相等时的状态。 临界参数：工质达到临界流动时的参数；如临界流速ccr、临界流量qcr、临界比容vcr、临界压力pcr、临界焓hcr等。 3）临界压力比βcr：临界压力pcr与入口截面压力p1之比.它只与工质性质有关。 利用临界压力比判断工质在喷管中的流态情况 蒸汽在缩放喷管内流动特性 扩压管（dc ＜ 0) 介绍 扩压管：用于增压降速的短管。 电厂中应用：射汽抽气器中。 喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系 6-3 喷管的计算 6-3 喷管的计算 三、喷管的设计计算--喷管的选择 工程中，大都是亚音速汽流的加速来讲，有： 1）当pb= pcr时，选用渐缩形喷管；最大只能获得音速汽流。不能获得超音速