第八章气体和蒸汽的流动.ppt

第八章 气体和蒸汽的流动 第一节 喷管和扩压管的截面变化规律 第二节 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量 第三节 气体和蒸汽的绝热节流 * 1。熟练掌握喷管和扩压管的截面变化规律 2。熟练掌握气体和蒸汽在喷管中的流速和质量 流量 3。掌握气体和蒸汽的绝热节流 基本要求： 气体作一元稳定、可逆、绝热流动应满足：四个方程 连续性方程、可逆流动方程、可逆绝热方程、音速方程 1、连续性方程 2、可逆流动方程 3、可逆绝热方程 4、音速方程 第一节 喷管和扩压管的截面变化规律 一、气流流通截面变化率方程 最终推导得： 图8-1 喷管截面形状 Ma1 Ma≤1 Ma≥1 M1 二、喷管截面的变化规律 1、当喷管的进口流速为亚音速， Ma2-1为负值，喷管是渐缩型的。 2、当喷管的进口流速为超音速，Ma2-1为正值，喷管是渐放型的。 3、当气流由亚音速增加到超音速喷管应是缩放型的。该喷管又称为拉伐尔喷管，最小截面处的流动为临界流动。 M1 M1 Ma=1 渐缩喷管不能获得超音速气流 三、扩压管的截面变化规律 1、当扩压管的进口流速为亚 音速，扩压管是渐放型的。 2、当扩压管的进口流速为超 音速，扩压管是渐缩型的。 3、当气流由超音速减到亚音 时，扩压管应是缩放型的。 最小截面处的流动为临界流动。 Ma1 Ma≤1 Ma1 Ma1 图8-2 扩压管截面形状 Ma≥1 Ma1 一、流速 将开口系统稳定流动能量方程应用于喷管： 第二节 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量 焓值单位为J/kg，速度单位为m/s；该式适用于任意工质的任意绝热过程。 对于理想气体 适用于理想气体的可逆或不可逆绝热过程。 如为理想气体可逆绝热流动： 适用于理想气体的可逆绝热过程 当 p2 / p1 = 0，即出口处为真空时，出口流速达到最大 当 p2 / p1 = 1时，即进出口没有压差时，流速为零。 理想气体绝热过程 二、临界速度和临界压力比 沿喷管的可逆绝热流动中，气流速度等于当地音速的截面称为“临界截面”。临界截面上的温度、压力、速度分别称为临界温度、临界压力、临界速度。 Tcr 、 Pcr 、 Wg,cr 临界压力与进口压力之比称为“临界压力比” 临界压力比 ?cr 仅与气体的种类有关，适用于理想气体和水蒸汽。水蒸汽的k值取经验数值。 单原子气体 k=1.67 ?cr ?0.487 双原子气体 k=1.40 ?cr ?0.528 三原子气体 k=1.30 ?cr ?0.546 过热水蒸汽 k=1.30 ?cr ?0.546 饱和水蒸汽 k=1.135 ?cr ?0.577 ?cr物理含义：气流的压力下降多少时，流速恰好等于当地音速。它还是判定流动特征的参数。 p2 / p1 ?c r , 则Ma 1，亚音速流动 p2 / p1 ?c r , 则M a 1，超音速流动 根据临界压力比公式可求临界速度 三、渐缩喷管在非设计工况下的工作 设计工况： P2=Pcr 1.背压 出口膨胀波： 2.背压 出口雍塞： 非设计工况： 四、质量流量（一元稳定流动） 1、对于渐缩喷管：出口截面为最小截面 理想气体 C 图8-3 流量随 p2 / p1的变化曲线 βcr 0 p2 / p1 1 1/ 2 讨论： 1、当 p2 / p1 = 1，质量流量为零，流不动，如图中点A。 B 2、当 p2 / p1下降时，质量流量增加，当压力比达到临界压力比时，质量流量达到最大值。如图中点B。 3、当p2 / p1 再下降时，尽管从力学条件上气流可达到超音速，对于渐缩喷管而言，其几何形状限制了气流的膨胀。出口截面上的压力仍为pcr ，流量为最大流量。实际按BC变化。 A 2、对于