第7章–气体与蒸汽的流动.ppt

结论： 当A2及进口截面参数保持不变时： 对于渐缩喷管： 对于缩放喷管： 在正常工作条件下： 在喉道处： 三、喷管外形选择和尺寸计算[设计] 设计目的：1、确定喷管几何形状； 　　　　　2、保证气流充分膨胀。 1、外形选择： 渐缩喷管 缩放喷管 2、尺寸计算 渐缩喷管： 缩放喷管： 一、渐缩喷管 8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 二、缩放喷管 　　在设计工况下：喉道处为临界状态，收缩段为亚音速，扩张段为超音速；图中ABC。 在E处产生激波，气流速度下降为亚音速 本章结束 第七章 气体与蒸汽的流动 教学目标：使学生了解截面积变化对热力流动的影响，能进行喷管绝热稳定流动的热力计算。 知识点： 绝热稳定流动的基本关系式；气体在喷管中的绝热流动、喷管中流速及流量计算；喷管主要尺寸的确定；实际喷管中有摩擦的流动；扩压管流动；气体和蒸汽的绝热节流。 重 点：喷管内绝热稳定流动的基本特性，喷管出口的截面、流速和流量的计算，喷管的设计和校核计算，绝热节流过程的特点。 难 点：通过确定临界压力比，对喷管进行设计和校核的计算，理想气体与蒸汽不同的流速和流量计算公式。 工质 气体—理想气体 蒸汽—水蒸汽 流动：这里指流体在管道内的流动，特点是WS=0 。 1 1 2 2 i i 1、一维问题： 2、可逆绝热. 稳定流动： 　　流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。 简化假设： 7-1 稳定流动的基本方程式 一、连续性方程 　　稳定流动中，任一截面的所有参数均不随时间而变，故流经一定截面的质量流量应为定值，不随时间而变 。 根据质量守恒定律： 　　以上两式为稳定流动的连续方程式。它描述了流道内的流速、比体积和截面积之间的关系。普遍适用于稳定流动过程。 1）对于不可压流体（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cf 成反比； 2）对于气体等可压流，流速的变化取决于截面 和比体积的综合变化。 结论： 二、稳定流动能量方程式 流动能量方程： 不计位能，无轴功，绝热，则： 微分上式： 喷管内流动的能量变化基本关系式。 1）气体动能的增加等于气流的焓降; 2）任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值，把 两者之和定义为一个参数：总焓或滞止焓h0。 结论： 　　气体在绝热流动过程中，因受到某种阻碍流速 降为零的过程。 　　在绝热滞止时的温度和压力称为滞止温度T0和 滞止压力p0。若过程为定熵滞止过程： 绝热滞止过程： 0 1 h0 h p0 p1 s 定熵滞止过程可获得最高的压力 三、过程方程式 Ma＜1 　亚声速 Ma＝1 　气流速度等于当地声速 Ma＞1 　超声速 四、音速方程 对于理想气体： 马赫数：气体的流速与当地声速的比值。 喷 管：流速升高、压力降低的管道； 扩压管：流速降低、压力升高的管道。 　　由流体力学的观点可知，要使工质的流速改变，可通过以下两种方法达到： 1）截面积不变，改变进出口的压差－力学条件； 2）固定压差，改变进出口截面面积－几何条件。 7-2 促使流速改变的条件 一、 力学条件 联立流动能量方程式和热力学第一定律表达式： 结论： 　dcf、dp的符号始终相反，即：气体在流动过程中流速增加，则压力下降；如压力升高，则流速必降低。 Ma1时，dv/vdcf /cf Ma1时，dv/vdcf /cf 二、几何条件 　　该式揭示了定熵流动中气体比体积变化率和流速变化率之间的关系： 结论： 　　当流速变化时，气流截面积的变化规律不但与流速的变化有关，还与当地马赫数有关。 Ma1,亚声速流动,dA0,截面收缩； Ma=1, 声速流动,dA=0,截面缩至最小； Ma＞1, 超声速流动,dA0,截面扩张； 喷管（dcf 0)的截面形状与流速间的关系 缩放喷管（拉伐尔喷管）： 　　缩放喷管可实现气流从亚声速变为超声速，在喷管最小截面（喉部截面或临界截面）处Ma=1，在临界截面处的参数称为临界参数（以下标cr表示），如： 流速c 比容v 压力p 音速a 喷管内工质各参数 沿流动方向的变化规律 C c 喷管内工质各参数沿流动方向的变化规律 喷管计算的主要内容： 1、喷管的设计计算： 　　据给定条件（气流初参数、流量及背压），选择喷管的外形及确定几何尺寸。 2、喷管的校核计算： 　　已知喷管的形状和尺寸及不同的工作条件，确定出口流速和通过喷管的流量。 7－3　喷管的计算 一、流速计算及其分析[设计、校核] 1、计算流速的公式： 对气体性质及过程特性没有规定。 假设：　1）理想气体； 　　　　2）定值比热容； 　　　　3）流动可逆； 　　　　4）满足几何条件。 2、状态参数对流速的影响 初参数——滞止参数+出口压力===