2010年机电一体化专业工程热力学 气体和蒸汽的流动练习题（含答案）（精华）.doc

第9章 气体和蒸汽的流动　　 9．1 基本要求　　　 1．深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。　　　 2．对于工质无论是理想气体或蒸汽，都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。理解扩压管的流动特点，会进行热力参数的计算。 　　　 3．能应用有摩擦流动计算公式，进行喷管的热力计算。　 4．熟练掌握绝热节流的特性，参数的变化规律。　　 　　　 9．2 本章难点　 1．喷管和扩压管截面变化与速度、压力变化的关系。　　 2．喷管的选型与临界截面的关系。　　　 3．有摩擦流动时，喷管的流动特点及热力参数的计算。　　　 　　　 9．3 例题　　　 例1：压力为30bar，温度为450℃的蒸汽经节流降为5bar，然后定熵膨胀至0.1bar，求绝热节流后蒸汽温度变为多少度？熵变了多少？由于节流，技术功损失了多少？　　 解：由初压p1=30bar，t1=450℃在水蒸气的h-s图（图9.1）上定出点1，查得　　 h1=3350kJ/kg　　　 s1=7.1kJ/(kg·K)　　 因绝热节流前、后焓相等，故由h1=h2及p2可求节流后的蒸汽状态点2，查得　　 t2=440℃； s2=7.49kJ/(kg·K)　　　 因此，节流前后熵变量为　　 Δs=s2-s1=7.94－7.1=0.84kJ/(kg·K)　　 Δs＞0，可见绝热节流过程是个不可逆过程。若节流流汽定熵膨胀至0.1bar，由=2250kJ/kg，可作技术功为　　 　　　 若节流后的蒸汽定熵膨胀至相同压力0.1bar，由图查得=2512kJ/kg，可作技术功为　　 　　　 绝热节流技术功变化量为　　 　　 结果表明，由于节流损失了技术功。　　　 例2：已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg·K和k=1.36，并以流量m=45kg/s流经一喷管，进口p1=1bar、T1=1100K、c1=1800m/s。喷管出口气体的压力p2=0.343bar，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为?=0.88。求合适的喉部截面积、喷管出口的截面积和出口温度。　　 解：参看图9.2所示。　 　 　　 　　　 　　　 　 　　 　 　 已知：cd=0.96，?=0.88，k=1.36　　 假定气体为理想气体，则：　　　 　 　　 应用等熵过程参数间的关系式得：　 　　　 　 喷管出口状态参数也可根据等熵过程参数之间的关系求得：　　　 　　 即： 　　　 即喷管出口截面处气体的温度为828.67K。　　 　　 　　 因为喷管效率?=0.88　　　 　　 所以 　　 喷管出口处气体的温度 =861K　　 喷管出口处气体的密度： 由R=287J/kg·K　 kg/m　 由质量流量 　 出口截面积：m2　 喉部截面处的温度（候部的参数为临界参数）：　　 　 ∴ bar　　　 　 　 喉部截面处的密度： 　 = 0.2077 kg/m2　 喉部截面处的流速： 　 =608.8 m/s　　　 流量系数 cc=0.96　　　 　 求得喷管喉部截面 m2　 例3 空气流经一断面为0.1m2的等截面管道，且在点1处测得c1=100m/s、p1=1.5bar、t1=100℃；在点2测得p2=1.4bar。若流动是无摩擦的，求：（1）质量流量；（2）点2处的流速c2和温度T2；（3）点1和点2之间的传热量。若流动是有摩擦的，计算：（1）质量流量；（2）点2处的流速c2和温度t2；（3）管壁的摩擦阻力。　　 解 对于无摩擦的绝热流动：　 （1）空气的质量流量可由连续性方程和气体特性方程求得：　 　　　 kg/s　 (2)点2处的流速可由动量守恒并在无摩擦的情况下求得：　 　　　 m/s　 　　　 (3)点1和点2的热量变化可由能量方程求得：　　 　 在流动过程中W12=0　　　 ∴ 　 　　　 =3290 kJ　　 对于有摩擦的绝热流动：　　 （1）质量流量同前，即m=14.012kg/s　　　 （2）点2处的流速和温度可由能量方程和状态方程求得　 　 因为是绝热流动，所以Q12=0，Ｗ12＝0　 　 代入上式得：　　　 　 m/s　 K　　　 (3)管壁摩擦阻力由动量方程得：　　　 　　　 因f1=f2，故　 　　　 　　　 例4 压力p1=15bar、温度t1=250℃、质量流量m1=1.5 kg/s的水蒸气经阀门被节流到p1′=7bar。然后与m2=3.6kg/s,p2=7bar