工程热力学第7章_气体与蒸汽的流动.ppt

第七章 气体与蒸汽的流动 Flow of Gas and Vapor ;直管; 对研究的问题进行简化 1.一维稳定流动； 2.流动过程是绝热的； 3.先将流动过程简化为可逆过程，再考虑不可逆因素的影响； 4.流动工质为气体,常简化为理想气体。;例如：直管，二维简化为一维; 7-1 一维稳定流动的基本方程 ;适用于任何工质;绝热稳定流动; 任一截面上流体的焓与动能之和保持常量。; h0 称为总焓或滞止焓。 气流在绝热流动过程中，受到阻碍使流速降为0的过程称为绝热滞止过程，相应的状态参数称为滞止参数。 　　 滞止参数:; 滞止状态在工程上有现实意义 如：钝体表面迎风面上的驻点， 载人飞船返回舱的迎风面上承受很高的温度　　;3.过程方程式;4.声速与马赫数;; ;7-2 促使流速改变的条件;二、几何条件;　气流截面积的变化与流速的变化有关，还与马赫数有关。;在压差条件满足的情况下， 分析 dcf 0 （喷管）时截面的变化规律 ;;亚声速气流流经渐缩喷管，流速可以不断提高，最高在出口截面达到声速。 超声速气流要加速必须流经渐扩喷管。 若使亚声速气流流速不断提高最终达到超声速则必须采用拉伐尔喷管，也叫缩放喷管。; 缩放喷管最小截面（喉部截面)处流速等于声速，即马赫数等于1，这个截面称为临界截面，该截面相应的参数为临界参数。 临界参数：; 在渐缩喷管中，气体流速最大只能达到声速，而且只可能在出口截面达到，这时的出口截面为临界截面，流速等于声速，压力等于临界压力。 ;7-3 喷管的计算;1. 流速的计算任一截面上的流速;临界压力比 临界截面上 ;临界压力比非常重要，它是喷管选型的依据。 常见工质的临界压力比νcr 双原子理想气体：νcr＝0.528多原子理想气体：νcr =0.546过热水蒸汽：νcr＝0.546饱和水蒸汽：νcr =0.577; 2.流量的计算;将计算式;qm,max; 当渐缩喷管出口截面的压力等于临界压力时，流量取得最大流量，为;3.喷管的计算; 喷管设计计算步骤： ①求滞止参数 ②选型原则： 计算出 与νcr (＝ ) 进行比较：;时采用渐缩喷管; ③??定(临界截面和)出口截面上气体的状态参数 ④求(临界流速和)出口截面流速 ⑤求面积;（2）喷管的校核计算 已知：喷管的形状和尺寸，工作条件即初参数和背压。任务：确定出口流速和通过喷管的流量。; 喷管校核计算步骤： ①求出滞止参数； ②确定喷管出口截面上的压力， 这是与设计计算不同的一步。 对于渐缩喷管： 若 νcr 则 若 ≤νcr 则 =νcr p0 ; ③求临界截面和出口截面上气体的状态参数 ④求临界流速和出口截面流速 ⑤求通过喷管的流量 ,可用临界截面参数求，也可用出口截面参数来求。 ;例题1;解题思路： 1.据初速度计算滞止参数; 2.将给定的压力比 与临界压力比进行比较,确定喷管的形状; 3.确定出口截面压力; 4.计算出口流速、临界流速； 5.计算截面积等尺寸。;例题2;例题;7-4 背压变化时喷管内的流动过程;缩放喷管;7-5 有摩阻的绝热流动;能量方程;喷管速度系数;7-6 绝热节流;; 节流过程是典型的不可逆过程。 节流前后参数的变化情况： ; 用焦耳—汤姆逊系数表示 节流过程温度随压力变化的关系;根据焓的一般关系式;;节流在工程上的应用: 1.利用节流的温度效应，工质节流后降温制冷。 2.利用节流来测量流体的流量。 3.利用节流调节功率。 4.在物性研究中，绝热节流也有很大的应用价值，如可根据实验测得的 值求取状态方程。;本章总结：; 空气进入喷管时流速为300 m/s，压力为0.5 MPa，温度450 K，喷管背压pb=0.28 MPa，求：喷管的形状，最小截面积及出口流速。已知：空气cp= 1 004 J/(kg·K)，Rg= 287 J/(kg·K);所以采用缩放喷管;或; 某种气体Rg= 0.318 3 kJ/(kg·K)，cp=1.159 kJ/(kg·K)以800 ℃，0.6 MPa及100 m/s的参数流入一绝热收缩喷管，若喷管背压pb = 0.2 MPa，速度系数 = 0.92，喷管出口截面积为2 400 m