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第九章 气体和蒸汽的流动 本章学习内容 § 9-1 绝热流动的基本方程 (1) 连续性方程 (2) 绝热稳定流动能量方程 (3) 定熵过程方程式 三 音速与马赫数 (2) 马赫数 § 9-2 定熵流动的基本特性 二、管道截面变化的规律 喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系 § 9-3 喷管中流速及流量计算 二、喷管的出口流速 ?三、临界压力比及临界流速 四、流量与临界流量 （2）渐缩渐扩喷管的流量计算 五、喷管的计算 （2）渐缩喷管的校和计算 § 9-4 扩压管 扩压管的扩压比概念 § 9-5 具有摩擦的流动 § 9-6 绝热节流 绝热节流前后参数的变化 (2) 对实际气体 绝热节流系数（焦尔－汤姆逊系数） * * 1 研究气体流动过程中 2 研究影响气体在管内流的 气流速度变化 能量转换 状态参数变化 的规律 系统的外部条件 管道截面积的变化 一 概念 稳态稳流(稳定流动) 状态不随时间变化 恒定的流量 二 几个基本方程 连续性方程 绝热稳定流动能量方程 定熵过程方程 const 由稳态稳流特点 适用于任何工质 可逆和不可逆过程 截面面积 气流速度 气体比容 适用于任何工质 可逆和不可逆过程 注：增速以降低本身储能为代价 = const 可逆绝热过程方程式 适用条件: (1)理想气体 (2)定比热 (3)可逆 微分 注意: 变比热时 K取 过程范围内的平均值 微小扰动在流体中的传播速度 压力波的传播过程 可作定熵过程处理 (1) 音速 定义式: 定熵过程 理想气体 只随绝对温度而变 流速 当地音速 定义式 M1 超音速 M=1 临界音速 M1 亚音速 3 1 2 三种音速 一、 气体流速变化与状态参数间的关系 由定熵过程 dh=vdp 得 dc0 dp0 由此可见 导致 dc 0 dp 0 导致 喷管中的 流动特性 扩压管中 的流动特性 ?连续性方程 可逆绝热过程方程 管道截面变化 气流速度变化 注:扩压管dc0,故不同音速下的形状与喷管相反 M1 M1 M1 M1 df0 渐缩 df0 渐扩 df0 df0 渐缩渐扩 喷管 dc0 M=1 df=0 临界截面 流动状态 管道种类 管道形状 M1 M1 dc0 dc0 喷管 dp0 1 2 M1 渐缩渐扩扩喷管M1转M1 渐缩渐扩扩压管M1转M1 1 2 M1 M=1 M1 M1 扩压管 dp0 1 2 1 2 1 2 1 2 M=1 一 定熵滞止参数 将具有一定速度的气流在定熵条件 下扩压，使其流速降低为零时的参数 定义： 参数表达式 下角标为0的 是定熵滞止参数 下角标为1的 是进口参数 由绝热稳定流动能量方程 对理想气体 对实际气体 (1)临界压力比 代入出口流速方程 临界流速表达式 定熵过程方程式： 临界压力 进口压力 特别的对 双原子气体： 一般通过计算最小截面的质量流量 由连续性方程知，各个截面的质量流量相等 （1）渐缩喷管的质量流量计算 1 2 理想气体 的定熵流动 出口截面 质量流量 注意 的取值 m 0 c b a 1.0 正常工作时 M= 1 喷管的设计计算 已知 1) 当 即 采用渐缩喷管。 2）当 即 采用缩扩喷管。 出发点： 已知 1) 当 即 2）当 即 喷管的最大流量 kg/s 定熵流动的基本关系式 和管道截面变化规律的 关系式相同 扩压管是在已知进口参数进口速度和出口速度的情况下计算出口压力 扩压管与喷管的区别与联系 注:动能损失得越多压力增加得越多 定义式 进口压力 出口压力 由能量 方程得 则定熵过程 定义式 实际出口速度 定熵过程出口速度 大致在0.94至0.98之间 速度系数 喷管效率 消耗一部分功 一般在0.9至0.95之间 定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程 特点：绝热节流过程前后的焓相等，但整个过程绝不是等焓过程。 流体在通过缩孔时动能增加，压力下降并产生强烈扰动和摩擦。扰动和摩擦的不可逆性，导致整个过程的不可逆性。 在缩孔附近，流速 ，焓 不可逆性： (1) 对理想气体 1 2 c h p 温度不变 压力下降 比容增加 熵增加 焓不变 注:理想气体的焓 是温度的单值函数 节流前后焓不变,温度不一定不变 绝热节流温度效应 温度效应只与气体的性质有关,与其状态无关 热效应 零效应 冷效应 温度降低 温度不变 温度升高