08第八章 气体与蒸汽的流动.ppt

第八章 气体与蒸汽的流动 研究气体和蒸汽的流动的目的和意义 工程上应用举例—①汽轮机中蒸汽流经喷管使其加速；②压气机中汽流流经扩压管的减速增压过程气体和蒸汽流动过程中涉及气体状态参数变化，气流速度变化及能量转换的热力过程。 8-1 绝热稳定流动的基本方程 复习：稳定流动的概念 参数值不随时间发生变化，在任一截面上的各种参数值都均匀一致，只沿着一个方向上有变化的稳定流动称为一元稳定流动 稳定流动的特点：①速度场②温度场③质量④能量 8-1-1 连续性方程 任何截面上， 即 其中：A—截面积，c—气流速度，v—比容 写成微分方式有： 式（8-1）适用于任何工质的可逆与不可逆稳定流动 8-1-2 能量方程 依开口系统热力学第一定律，有： 或 纯流动，无轴功 绝热，则 管道中的流动， 则能量方程 改写为： 或 式（8-2）适用于任何工质的可逆与不可逆绝热稳定流动。 8-1-3 动量方程 取沿流动方向任一微元体分析 由冲量定理（又称牛顿第二定律） 有 可得 整理得， 若忽略摩擦的影响，有 则动量方程可写成： 积分后有 而对于绝热过程 即：动量方程与能量方程一致。 8-1-4 与流动过程有关的其他一些方程 ① 水蒸汽的流动，可按水蒸汽的h-s图查询。 对于其他气体的流动，可按气体状态方程 计算，当压力不太大时，一般简化为理想气体，遵循理想气体状态方程 其中， 对于水蒸汽 ③音速和马赫数。绝热流动中，可压缩流体音速的计算式为 对于理想气体，由于 则得 则得音速 可见 ，音速随流态的变化而变化。 引进马赫数 其中 8-3 喷管截面变化规律—绝热流动的基本特性 由动量方程 即 8-3-1 渐缩喷管和渐扩喷管 由连续性方程（8-1），有 上式表明，状态和流速发生变化时，管道截面积也要求有相应变化。若 对于不可压流体 ， 有 则 对于喷管 即加速不可压流体的喷管一定是渐缩的。 8-3-2 流速、状态与管道截面积变化的关系 由式（8-3） 和式（8-5） 可得 对于理想气体，应用声速方程 可得 于是，对于喷管，为促成其膨胀增速。若 例8-1 喷管中空气定熵流动， 进口参数 出口参数 求 和当地声速。已知 根据能量方程 则 又由连续性方程， 即 由声速方程，可得 8-4 喷管的计算 复习： 定熵滞止参数 滞止状态：将具有一定速度的气体流在定熵下使其流速降低为零，这时的状态称为滞止状态。这时的参数—定熵滞止参数，下标加0表示。 设喷管进口参数为： 对应定熵滞止参数为： 则由能量方程，可得滞止焓为 若流体为理想气体，则可得 8-4-1 气体流速的计算及其分析 由式（8-3） 可得 则喷口出口处气体的流速为： 对于理想气体，代之 可得 状态参数对流速的影响 临界压力比及临界流速 对于组合喷管，喉部处有M=1，这时流体的压力称为临界压力，记为 若令 书上作 由式（8-11-b），得喉部处气体的流速为 对于定熵过程，有 于是有 结合（C）+（D）可得 可见，定熵过程中临界压力比只与气体的比热比k 有关。临界压力比是分析管内流动非常重要的一个 参数，是气流速度从亚声速到超声速的重要判据。 若把式（8-13）代入式（A），则可得 可见， 仅由 确定。而滞止参数T0由初态参数 确定，因此临界流速也只取决于进口截面上的初态 参数。 流量计算 对于收缩喷管。当背压 pb 从大于临界压力 pcr并逐渐下降时，出口截面上的压力 p2 也逐渐下降并与 pb 相等，qm 则逐渐增大；在pb=p2=