7气体与蒸汽的流动.pptVIP

第七章　气体与蒸汽的流动;1、掌握定熵稳定流动的基本方程； 2、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本涵义； 3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算； 4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。;1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。 2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。;7-1 稳定流动的基本方程式 ;一、连续性方程;根据质量守恒定律：;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。;二、稳定流动能量方程式;1、任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值。 2、气体动能的增加等于气流的焓降。 3、气体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍，而流速降低为零的过程称为绝热滞止过程。 4、任一截面上气体的焓和气体流动动能的和恒为常数。 5、当气体绝热滞止时速度为零，故滞止时气体的焓h0称为总焓或滞止焓。;　　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：;在稳定流动过程中，若： 1）任一截面上的参数不随时间而变化； 2）与外界没有热量交换； 3）流经相邻两截面时各参数是连续变化； 4）不计摩擦和扰动；;Ma＜1 　亚声速 Ma＝1 　气流速度等于当地声速 Ma＞1 　超声速;7-2 促使流速改变的条件;喷管： 流速升高的管道； 扩压管：流速降低、压力升高的管道。;－、力学条件;微分式：;二、几何条件;结论：; ;缩放喷管（拉伐尔喷管）：;喷管内参数变化示意图; 　 ;7-3　喷管的计算;喷管的计算：;一、流速计算及其分析;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。;;在初态确定的条件下：;当p2＝0时，出口速度达最大，即：;3、临界压力比;临界压力比是分析管内流动的一个重要数值，截面上工质的压力与滞止压力之比等于临界压力比是气流速度从亚声速到超声速的转折点； 以上分析在理论上只适用于定比容理想气体的可逆绝热流动，对于水蒸气的可逆绝热流动，k 为一经验值，不是比热比。;临界速度：;二、流量计算;结论：; 对于收缩喷管：;若气流继续膨胀，气流的速度要增至超声速，气流的截面要逐渐扩大，而渐缩喷管不能提供气流展开所需的空间，故 (1)气流在渐缩喷管中只能膨胀到p2=pcr为止。 (2)出口截面上流速也只能达到当地声速; 对于缩放喷管：;三、喷管外形和尺寸计算;1、外形选择：;2、尺寸计算;例7-1 空气由输气管送来，管端接一出口截面积为A2＝10cm2的渐缩喷管，进入喷管前空气压力p1=2.5MPa,温度T1＝353K，速度cf1＝40m/s。已知喷管出口处背压pb=1.5MPa，若空气作理想气体，比热容取定值，且cp＝1.004kJ/(kg.K)，试确定空气经喷管射出的速度、流量及出口截面上空气的比体积v2和温度T2.;因为pcrpb，所以空气在喷管内只能膨胀到p2=pb,即p2=1.5MPa;7-4 背压变化时喷管内流动过程简析;一、渐缩喷管;二、渐缩渐放喷管;二、渐缩渐放喷管;【例】有一储气柜内有初温t1=100℃，压力为p1=4.90MPa的氢气。氢气经渐缩喷管流入背压pb=3.9MPa的外界，设喷管的出口截面积A2=20mm2，试求： 1）氢气外射的速度及流量； 2）若初始条件不变，喷管不变，氢外射入大气， 求外射时的流速及流量。 （已知氢气Rg=4.12kJ/(kg·K)，cp=14.32kJ/(kg·K）;？;2）确定p2，由于pb=0.1MPapcr，;【例】 压力p1=0.4MPa及温度t1=20℃的空气，经由出口截面内径为10mm的收缩喷管从容积很大的储气罐流向外界。若外界压力pb=0.1MPa，求空气的质量流量及出口截面上空气的温度。 ;出口截面上空气的流速 ;【例】滞止压力为0.65MPa，滞止温度为350K的空气，可逆绝热流经一收缩喷管，在喷管截面积为2.6×10-3m2处，气流马赫数为0.6。若喷管背压为0.30MPa，试求喷管出口截面积A2。;;出口截面：;7-5 有摩阻的绝热流动; 焓的增加量等于动能的减小量;喷管速度系数(velocity coefficient of nozzle)：;【例】某种混合气体Rg=0.3183kJ/(kg·K)，cp=1.159kJ/(kg·K)以800℃，0.6MPa及100m/s的参数流入一绝热收缩喷管，若喷管