[理学]工程热力学8.ppt

第八章 气体与蒸汽的流动 8－1 稳定流动的基本方程 8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 8-5 有摩阻的绝热流动 8-6 绝热节流 * * 一、连续性方程 1 2 P1 T1 qm1 cf1 p2 T2 qm2 cf2 左式称为稳定流动的连续性方程，它描述了流道内流通的流速、比体积和截面面积之间的关系。 二、稳定流动能量方程式 在任一流道内作稳定流动的气体或蒸汽，服从稳定流动能量方程式，即： =常数 工质在绝热不作功的稳定流动过程中，任一界面上工质的焓与其动能之和保持定值，因而气体动能的增加等于气流的焓降。 绝热滞止： 理想气体： 定比热： 变比热： 水蒸气： 注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃的高空以Ma=2飞行，其T0=182.6?℃。 水蒸气的滞止状态 点1代表工质在界面1－1的状态 ，由图得出： 图中0点为滞止状态点，可以从它读出滞止温度，滞止压力等其他的滞止参数。 三、过程方程 注意，若水蒸气，则 1 2 四、声速方程 等熵过程中 所以 注意：1）音速是状态参数，因此称当地音速 如空气? 2） 马赫数? 连续性方程、可逆绝热过程方程式、稳定流动能量方程式和声速方程式是分析流体一维、稳定、不做功的可逆绝热流动过程的基本方程组。 8–2 促使流速改变的条件 一、力学条件 因为流动可逆绝热，所以 且能量方程 故 讨论： 喷管 扩压管 2） 是压降，是焓（即技术功）转换成机械能。 的能量来源 1） 二、几何条件 力学条件 过程方程 连续性方程 讨论： 1）cf与A的关系还与Ma有关，对于喷管 渐缩喷管 截面上Ma=1，cf=c，称临界截面[也称喉部截面]，临界截面上速度达当地音速? 称临界压力，临界温度?及临界比体积 2）当促使流速改变的压力条件得满足的前提下： a）收缩喷管出口截面上流速 cf2,max=c2（出口截面上音速） b）以低于当地音速流入渐扩喷管不可能使气流可逆加速。 c）使气流从亚音速加速到超音速，必须采用渐缩渐扩喷管。 3）背压pb是指喷管出口截面外工作环境?的压力。正确设计的喷管其出口截面上压力p2等于背压pb，但非设计工况下p2未必等于?pb ? 4）对扩压管目的是p上升，通过cf下降使动能转变成压力势能，情况与喷管相反。 归纳：? 1）压差是使气流加速的基本条件，几何形状是使流动可逆必不可少的条件；? 2）气流的焓差（即技术功）为气流加速提供了能量；? 3）收缩喷管的出口截面上流速小于等于当地音速；? 4）拉法尔喷管喉部截面为临界截面，截面上流速达当地音速 5）背压pb未必等于p2。 8–3 喷管计算 一、流速计算及分析 1、计算式 注意：? a）公式适用范围：绝热、不作功、任意工质? b）式中h单位是J/kg，cf是m/s，但一般资料? 提供h单位是kJ/kg。 2、初态参数对流速的影响：? 为分析方便，取理想气体、定比热，但结论也? 定性适用于实际气体。 分析： 但cf，max不可能达到 摩擦 3、临界压力比 由上图中得，从1下降到0的过程中某点 该点即为临界点，此点上压力pcr与p0之比称临界压力比，用νcr表示 理想气体 水蒸气 随工质而变 理想气体定比热双原子 过热水蒸气 湿蒸汽 结论： 二、流量计算 1、计算式 通常 收缩喷管—出口截面 缩放喷管 喉部截面 出口截面 其中 2、初参数对流量的影响 分析：? a) 喷管流量 b）结合几何条件和质量守恒方程： 图中 收缩喷管 缩放喷管 且喷管初参数及p2确定后，喷管各截面上qm相同，并不随截面改变而改变。 三、喷管设计 据 初参数?p1，v1，T1? 背压?pb? 功率P 喷管形状 ? 几何尺寸 1.外形选择? 首先确定pcr与pb关系，然后选取恰当的形状 2、几何尺寸计算 A1——往往已由其他因素确定 太长——摩阻大? 太短——? 过大，产生涡流 一、渐缩喷管 运行工况? 背压pb? 出口截面压力p2 2、渐缩渐放喷管 1）若pb‘pb—膨胀不足， 离开喷管后自由膨胀 2）?pb‘pb—过度膨胀， 产生激波? 出口截面上气流的实际焓值 出口截面上气流的速度 式中： 定义：喷管速度系数 一般在0.92－0.98 *