第八章气体与蒸汽的流动讲义.ppt

第八章 气体与蒸汽的流动 背景 Nozzles and Diffusers Assumptions for analysis Steady state （稳定流动） §8-1稳定流动的基本方程式 一、连续性方程 一、连续性方程 二、稳定流动能量方程式 二、稳定流动能量方程式 二、稳定流动能量方程式 二、稳定流动能量方程式 三、过程方程式 四、声速方程 四、声速方程 一维稳定非功绝热流动的基本方程组 §8-2促使流速改变的条件 一、力学条件 一、力学条件 一、力学条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 二、几何条件 §8-3 喷管的计算 一、流速计算及其分析 一、流速计算及其分析 一、流速计算及其分析 一、流速计算及其分析 一、流速计算及其分析 一、流速计算及其分析 二、流量计算 二、流量计算 二、流量计算 §8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 §8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 §8-5 有摩阻的绝热流动 §8-5 有摩阻的绝热流动 §8-6 绝热节流 绝热节流与焦汤系数 绝热节流的应用 绝热节流的应用 绝热节流的应用 绝热节流的应用 第八章 小结 1）计算流速的公式 绝热流动时流速 则出口截面上流速 能量方程 绝热焓降；可用焓差 入口速度较小时 适用条件： 理想或实际气体 可逆或不可逆过程 关键是求焓h? 2）状态参数对流速的影响 或 尽管蒸气不能看成理想气体，但理想气体分析所得的结论可定性地用于实际气体 0：滞止参数 2：出口参数 0 1 3/4 1/2 1/4 cf p2/p0 cmax cf = f(p2/p1) 　　当初态一定时，出口流速是出口压力与滞止压力之比的单值函数。 p2 = 0 时的最大流速 3) 临界压力比 出口达到音速时的压力比 流速等于当地声速 临界压力比 应用： 临界压力比仅为物性的函数 理想气体：k = 1.4 , pcr / p0 = 0.528 过热蒸气：k = 1.3 , pcr / p0 = 0.546 干饱和蒸气：k = 1.135 , pcr / p0 = 0.577 适用于理想气体的可逆绝热流动 理想气体 临界参数只决定于进口截面上的初态参数（滞止参数）。理想气体则决定与滞止温度 流量通常以最小截面计算 或 收缩喷管的出口截面 缩放喷管的喉部截面 ？？？ Ma1 dA0 渐缩 背压pb 背压：喷管出口外部环境的压力 背压从高于临界压力逐渐降低时，流量增加；但当压力降低到临界压力后，流量维持临界流量，出口维持当地音速；气流在喷管出口维持临界压力。 c b a 1/4 1/2 3/4 p2/p0 0 1 临界压力 渐缩喷管的最大流量 缩放喷管的流量也用同样的方程计算。虚线代表缩放喷管出口截面A2固定，喉部面积减小时的情况 c b a 1/4 1/2 3/4 p2/p0 0 1 临界压力 p A B C D p2 pb p0 pb ≥ pcr pb ＜pcr 背压大于或等于临界压力，气体充分膨胀，过程可逆。 背压小于临界压力，气体膨胀不足，引发自由膨胀，过程不可逆。 一、渐缩喷管 二、缩放喷管 p A B E F G C D p0 p2 pb 设计工况: ABC pb ＜ p2 pb ＞ p2 　　背压小于设计出口压力p2，气体管内膨胀不足，引发自由膨胀，过程不可逆 　　背压大于设计出口压力p2，气体管内过度膨胀，引发激波，过程不可逆 h s 1 2 2’ 该方程对过程可逆性没有要求 　　有摩擦时，动能转化成热能，cf2’ cf2 , h2’ h2 速度系数 能量损失系数 工程上用速度系数和能量损失系数来特征喷管的性能 绝热节流的特点： 理想气体： 实际气体： 流体在管道内流动时，有时流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低，这种现象称为节流现象 绝热节流温度效应 焦汤系数 由实验确定 焦耳和汤普逊分别做实验 热效应 零效应 冷效应 p T h=Const 转变曲线 1、制冷（节流冷效应） 节流前 一般工质 Tmax Tmin 2、建立状态方程 理想气体 热能工程教研室 动力工程中经常遇到气体和蒸汽在管路设备内的流动过程： 喷管(nozzle) 扩压管(diffuser) 节流(throttle valve) 气体不同形式能量之间传递和转化遵循何种规律等？ 气体和蒸气在流经这些设备时气流运动参数和状态参数如何变化？ 这些变化与流道截面积有何关系？ Nozzles and diffusers are shaped so that they cause large changes in flui