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[工学]一元气体动力学基础
(2)当pa=7×105PaP* 喷管出口压强 (3)当pa=5×105PaP* 出口参数均按临界参数p*、T*、ρ* 可压缩气体的等温管道流动 管道——d不变 有摩擦,实际气体 1.基本方程 (1)连续性方程 (2)等温过程 (3)运动微分方程 (复习: ) 拓展: 或 气体管道运动微分方程(☆) 2.基本计算公式 (1)压强 代入式(☆)积分 可略 或 同除 大于1 类比不可压缩气体 管长越长,p2越小,压缩性不可忽略 (2)质量流量 3.等温管道流动特征 由连续性方程 等温过程方程 以及 得 讨论: 流动参数 流速v 压强p 密度ρ 温度T 滞止温度T0 增大 减小 减小 不变 增大 减小 增大 增大 不变 减小 等温管流各参数沿流程变化的趋势 1.dv与dp、dρ异号; 2. 增速减压,体积膨胀,对外作功,能量下降,需外界输入能量,T0↑; 减速增压,体积收缩,向外界输出能量,T0↓; 3. 是临界值,临界值只能是出口断面 4.极限管长 积分 例:氦气在直径d=200mm、长l=600m的管道中作等温流动,进口断面v1=90m/s、p1=1380kPa、t=25℃,氦气k=1.67、R=2077J/kg·K,管道λ=0.015,求(1)出口断面p2、v2;(2)如按不可压缩气体处理,求p2;(3)极限管长 解:(1) 校核 计算有效 (2)如按不可压缩气体处理 (3)极限管长 代入极限管长公式 可压缩气体的绝热管道流动 有摩擦,无热量交换 1.基本方程 (1)状态方程 (2)绝热过程方程 (3)运动微分方程 同等温过程,但λ不是常数 在亚音速时,可认为与不可压缩气体相近 2.基本计算公式(仿照等温过程的推导) (1)压强 可略 (2)质量流量 将k=1代入,就是等温流动的p、G 3.绝热管道流动特征 流动参数 M1 M1 流速v 压强p 密度ρ 温度T 滞止温度T0 增大 减小 减小 减小 不变 减小 增大 增大 增大 不变 绝热管流各参数沿流程变化的趋势 讨论(与等温流动的区别): (1)按M1、M1讨论; (2)温度T的变化与p、ρ一致; (3)由于绝热,虽有摩擦,但总能量不变, 滞止温度T0不变 4.极限管长 第九章一元气体动力学基础 INDEX 理想气体一元恒定流动的基本方程 可压缩气流的几个基本概念 变截面的等熵流动 可压缩气体的等温管道流动 可压缩气体的绝热管道流动 理想气体一元恒定流动的基本方程 可压缩气体 密度变化 1.连续性方程 积分形式 微分形式 2.状态方程 R——气体常数(空气:287J/kg·K) 3.能量方程 复习:平衡微分方程 S——S方向质量力 扩展:运动微分方程 理想气体:F=0 浮力与重力平衡:S=0 ——欧拉运动微分方程 ——理想气体一元恒定流的能量方程 一些常见的热力过程 (1)等容过程 积分: ——机械能守恒 (2)等温过程 代入积分得 可压缩理想气体在等温过程中的能量方程 (3)绝热过程 理想气体的绝热过程→等熵过程 ——绝热指数 代入积分得 或 证明: 可压缩理想气体在绝热过程中的能量方程 或 ——焓 内能u (4)多变过程 ——多变指数 可压缩理想气体的能量方程 n=0 等压过程 n=1 等温过程 n=k 绝热过程 n→±∞ 等容过程 例1:文丘里流量计,进口直径d1=100mm,温度t1=20℃,压强p1=420kPa,喉管直径d2=50mm,压强p2=350kPa,已知当地大气压pa=101.3kPa,求通过空气的质量流量 解:喷管——等熵过程 空气k=1.4 R=287J/kg·K T——热力学温标(K) p——绝对压强 解题思路:状态(过程)方程、连续性方程、能量方程 绝热过程方程 状态方程 连续性方程 能量方程 解得 例2:理想气体在两个状态下的参数分别为T1、p1和T2、p2 (1)密度的相对变化率 密度相对变化率 (2)内能变化 (3)焓的变化 (4)熵的变化 可压缩气流的几个基本概念 1.音速 声音的传播是一种小扰动波 连续性方程 动量方程 略去高阶微量,得 ——音速定义式 液体: 气体:视作等熵过程 微分: 解得 得 讨论: (1)音速与本身性质有关 (2) 越大,越易压缩,a越小 音速是反映流体压缩性大小的物理参数 (3) 当地音速 (4)空气 2.滞止参数(驻点参数) 设想某断面的流速以等熵过程减小到零,此断面的参数称为滞止参数 v0=0——滞止点(驻点) 性质: (1)在等熵流动中,滞止参数值不变; (2)在等熵流动中,速度增大,参数值降低; (3)气流中最大音速是滞止音速; (4)在有摩擦的绝热过程中,机械能转化为 内能,总能量不变——T0,a0,h0不变, p0↓,ρ0↓,但p0/ ρ0=RT0不变。如
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