扩压管及节流阀内流动过程的能量转换情况.PPT

山东大学能源与动力工程学院 第七章 气体和蒸汽的流动 工程中有许多流动问题需考虑宏观动能和位能，特别是喷管、扩压管及节流阀内流动过程的能量转换情况。 7–1 稳定流动的基本方程式 一、简化 稳定 绝热 一维 可逆 实际喷管 二、稳定流动基本方程 1. 质量守恒方程（连续性方程）(continuity equation) p1 T1 qm1 cf1 p2 T2 qm2 cf2 2.过程方程 注意，若水蒸气，则k为经验系数 3.稳定流动能量方程 绝热滞止 理想气体： 定比热容 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 ℃。 4.声速方程 等熵过程中 所以 注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。 如空气， 2）水蒸气当地声速 3） 亚声速 声速 超声速 7–2 促使流速改变的条件 一、力学条件 能量方程 力学条件 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） 异号 二、几何条件 力学条件 过程方程 连续性方程 几何条件 讨论： 1）cf与A的关系还与Ma有关，对于喷管 渐缩喷管（convergent nozzle） 截面上Ma=1、cf=c，称临界截面 ，临界截面上速度达当地音速。 称临界压力(critical pressure)、临界温度 及临界比体积。 2）当促使流速改变的压力条件得到满足的前提下： a）收缩喷管(convergent nozzle)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(divergent nozzle) 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(convergent- divergent nozzle)—拉伐尔 (Laval nozzle)喷管。 3）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。 c)从超声速降到亚声速，采用缩扩管。 a）渐扩管 b）渐缩管 c）缩扩管 7–3 喷管计算 一、流速计算及分析 1. 计算式 注意： 公式适用范围：绝热、不作功、任意工质； 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。 cf2= 普适 理想气体、定比热容 可逆过程 cf，max不可能达到 下降到使流速达到声速时： 为临界点，此点上压力pcr与p0之比称为临界压力比，νcr 讨论： 1） 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 3）几何条件 约束，临界截面只可能 发生在dA= 0处，考虑到工程实际 收缩喷管—出口截面 缩放喷管—喉部截面 2） 4） 背压pb：周围环境的压力。 1 设计计算：已知进口状态参数和背压，确定喷管形状和几何尺寸。 a 如果 ≥γcr，采用渐缩喷管，令p2=pb。 b 如果 γcr，采用缩扩喷管，p2=pb。 2 校核计算，已有喷管，计算出口流速。 a 渐缩管，若 ≥γcr，则p2=pb γcr，则p2=pcr。 b 缩扩管，一般p2=pb 二、流量计算及分析 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 7–5 有摩擦的绝热流动 一、摩阻对流速的影响 定义：喷管速度系数 一般在0.92-0.98 二、摩阻对能量的影响 定义：能量损失系数 喷管效率 7–5 绝热节流 一、绝热节流(adiabatic throttling) 定义：由于局部阻力，使流体 压力降低的现象。 节流现象特点： 1) p2p1； 2) 强烈不可逆，s2s1,I=T0sg 3) h1=h2，但节流过程并非 等焓过程； 4) T2可能大于等于或小于T1 理想气体T2= T1。