[理学]chapter7气体.ppt

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[理学]chapter7气体

基本方程组 截面积变化对气流参数的影响 §7.2 收缩喷管 发动机尾喷管出口的射流流动 喷管的用途 喷管是各工业技术领域中用以产生高速气流的主要装置,是航空航天飞行器动力装置及有关实验设备(校准风洞和叶栅风洞等),生产装置中的重要部件。 两种喷管 收缩喷管的流道截面积是逐渐缩小的,在喷管进出口压强差的作用下,高温气体的内能转变成动能,产生很大的推力。气流速度达到音速后便不能再增大了。 拉伐尔喷管即是缩放式喷管,其流道先缩小再扩大,允许气流在喉道处达到音速后进一步加速成超音速流。 喷管流动中的常见现象 本节的主要内容 收缩喷管流动参数计算及临界压强比 收缩喷管的三种流动状态 壅塞状态 收缩喷管设计 一.喷管出口参数及临界压强比 1.出口截面参数计算 以注脚o和e分别表示喷管出口和进口截面上的气流参数,则由绝能流动的能量方程 出口马赫数及其他参数 : 2.临界压强比 定义:喷管出口马赫数等于1时的压强比为临界压强比,用 表示 二、收缩喷管的三种流态 亚临界流态 特点: 判别: 临界流动  特点: 判别: 临界与超临界 临界流动 特点       判别 超临界  特点       判别 收缩喷管的流动规律 收缩喷管中气体流动状态完全是由反压比 确定的,对于给定的喷管,流量和流速随反压比的降低而增大,但当流速到达音速后,即使反压比再大,气流仍是声速流,流量也不再增大。 喷管流态小结 总之,收缩喷管的流动状态及特点是: 当      时 ,亚临界,完全膨胀;              当      时, 临界,完全膨胀;              当      时,超临界,未完全膨胀。            三.收缩喷管的壅塞状态 在临界和超临界态,   ,     , 降低,不能使  继续增大,也不能使喷管流量继续增加,定义:     ,     的流动状态为壅塞状态。一旦喷管处于壅塞状态, 便不再能影响喷管内的流动。而且,无论改变  或改变进口气流的总压、总温,都不能使喷管中任一截面上的无量纲参数(马赫数、压强比和温度比等)发生变化. 壅塞状态参数的变化 四.收缩喷管设计 §7.3拉法尔喷管 1 等熵面积比公式 2.流动状态及分析 拉伐尔喷管中管内激波形成的状态 拉法尔喷管出口的膨胀波、激波及波的发展 拉伐尔喷管的流动分析及流动状态总结 一.几何参数给定,何种因素影响拉伐尔喷管的流态.    给定,反压  变化     给定, 变化 思考?   给定,  同时变化   显然用   与三个特定压强比较,确定流态. 二.回忆收缩喷管,拉伐尔喷管流动状态.     Ⅰ区     管外有膨胀波,未完全膨胀;      完全膨胀(设计状态). Ⅱ区    管外有激波,过渡膨胀状态;       正激波位于喷管出口. Ⅲ区    管内有激波.          除喉部外,全为亚声速流动. Ⅳ区       全为亚声速流动. 三.三个特定压强比           与面积比有关,由     确定,查正激波表                                                                                                  变量 可由变量 表示为如下式 ↑ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ 等截面摩擦管流中各参数沿管长方向的变化 由以上分析可见,单纯的摩擦不能使亚声速气流转变为超 声速气流,也不可能使超声速气流连续地转变为亚声速气流。 二、摩擦管流的计算 实际管长与最大管长示意图 改写为速度系数的形式,则有 积分上式得 于是对1、2截面有: 温度比 密度比与速度比 压强比 冲量比 总压比 熵 增 三、摩擦壅塞 对于给定的进口速度系数 ,若实际管长超过其对应的最大管长,即使出口反压足够低,以流入管道的流量也无法从出口排出,流动将出现壅塞现象。壅塞将使气流的压强升高,对流动形成扰动。 对于亚声速气流,压强升高的这一扰动将会逆流传播,扰动一直影响到管道进口,使进口产生溢流。而且通过管道的流量减小,流速降低。对应的最大管长加长,临界截面后移,直到气流能够从出口通过。此时出口截面上的速度系数为1。 对于超声速气流,压强升高的扰动将会在气流中产生激波。当管长超过最大管长不多时,激波位于管内,这时进口的速度

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