第七章_气体的一维流动.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 气体的一维流动,应用范围,气体流速较高,气体压缩性将明显地影响它许多热力学和动力学特性各类气体输送管道、喷管、扩压管、斜切喷管、叶栅流道等第一节 微弱压强波的一维传播,c,c,连续性方程,动量方程,略去高阶微量，得,（1,）,（2,）,第一节 微弱压强波的一维传播,声速,气体：,液体：,完全气体：忽略粘性和传热视作等熵过程,微分：,第一节 微弱压强波的一维传播,讨论：,（1,）声速是状态参数,（2,）,越大，越易压缩，,c,越小,音速是反映流体压缩性大小的物理参数,（3,）,当地声速,（4,）空气,马赫数,第一节 微弱压强波的一维传播,流场中任一点的流速与当地音速之比，称为该点处气流的马赫数，以符号,Ma,表示,根据马赫数的大小把流动分为：,Ma 1：,超音速流,第二节 气体特定状态和参考速度,（1,）滞止状态,如果按一定的过程将气流速度滞止到零，此时的参数就称为滞止参数，,分别以,表示：,（2,）极限状态（最大速度状态）,如果气流的绝对温度降到零，即气流的焓全部转化为动能，这时,气流的速度将达到极限速度,当,T0,时，,则,第二节 气体特定状态和参考速度,第二节 气体特定状态和参考速度,（3,）临界状态,当气流速度等于当地音速的状态，便是临界状态。

以,分别表示临界速度、临界温度、临界压力和临界密度，则,气流速度与临界音速之比称为速度系数，用,M,*,表示，即,可以得到,第二节 气体特定状态和参考速度,作用：绝能流中，,c,cr,=,常数，,当,v=,v,max,时，,速度系数,速度系数与马赫数的关系图,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,第二节 气体特定状态和参考速度,例 题,视空气为,=1.4,的完全气体，在一无摩擦的渐缩管道中流动，在位置,1,处的平均流速为,152.4,m/s，,气温为,333.3,K，,气压为,2.08610,5,Pa，,在管道出口,2,处达到临界状态试计算,2,处气流的温度、压强、密度和平均流速第三节 正激波,当超声速气流绕过大的障碍物时,气流在障碍物前将受到急剧的压缩,它的压强、温度、密度都将突跃地升高，而速度则突跃地降低，这种流动参数发生突跃变化的强压缩波叫,激波,激波是超声速气流中经常出现的现象一、激波的分类,第三节 正激波,正激波：气流方向与波面垂直，如图,(,a)；,缩放喷管的超声速段,斜激波：气流方向与波面不垂直，如图,(,b)；,超声速气流绕叶片,曲线激波：波形为曲线形，如当超声速气流流过钝头物体时，在物体前面往往产生脱体激波，这种激波就是曲线激波，如图,(,c),所示。

二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于活塞先后发出的压缩波并不以相同的绝对速度向前传播，因为后面的波是在前面的波已扰动的基础上发出的，而后面的扰动波的速度比前面波的速度要快，故后面的波最终将追赶上前面的波而形成一道强的压缩波即激波激波与微弱压缩波有着本质的区别，其主要表现为：,(1),激波是强压缩波，经过激波气流参数变化是突跃的；,(2),气体经过激波受到突然地，强烈地压缩，必然在气体内,部造成强烈的摩擦和热传导，因此气流经过激波是绝能不等熵流动；,(3),激波的强弱与气流受压缩的程度（或扰动的强弱）有直接关系二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于速度、温度等参数是连续变化的，实际的激波是有厚度的Ma=2,时，激波厚度为,2.54,10,-4,mm，,只有几个分子平均自由行程三、正激波的传播速度,第三节 正激波,2,1,x,v,s,v,g,连续性方程,动量方程,气流的温度突跃、密度突跃与压强突跃一一对应；,激波的传播速度和波后气流的传播速度只决定于压强突跃（,P158,蓝金,-,许贡纽公式）第三节 正激波,气流经过激波时，部分动能不可逆转变为热能，气流受到剧烈加热，温度增高，从而使压强突跃引起的密度突跃受到限制。

例题,设长管中静止空气参数,p,1,=1.013,10,5,Pa，T,1,=288K，,=1.4用活塞压缩气体以产生激波，波后压强,p,2,=1.114310,5,Pa求,2,，T,2,，c,2,以及,v,s,、v,g,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,1 2,P,1,1,T,1,v,1,P,2,2,T,2,v,2,连续性方程,动量方程,能量方程,无激波,正激波后气流必为亚声速第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,正激波前后气流参数只与,Ma,和完全气体比热比有关系标志激波强度的压强几乎与波前马赫数的平方成正比，说明来流马赫数的高低是激波强弱的主要标志激波强度越强，经过激波，机械能损失越大第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,气流经过激波，速度降低，动量减小，熵值增加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的力；,引起激波的物体，必然受到与上述作用力大小相等、与来流方向相同的反作用力，即气流作用在物体上的阻力，这种阻力因激波的存在而产生激波越强，波阻越大第四节 变截面管流,前提,:,定比热容,;,完全气体,;,一维,;,定常,;,绝能等熵流激波出现时，另当考虑。

第四节 变截面管流,一、气流速度与通道截面的关系,动量方程,气流加速必然伴随气体压强、密度和温度的降低气流参数变化与马赫数变化有关喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系,流动状态,管道种类,管道形状,Ma1,d,v,0,d,v,0,喷管,dp,0,1,2,Ma1,渐缩渐扩扩喷管,Ma1,渐缩渐扩扩压管,Ma1,转,Ma1,Ma=1,Ma1,扩压管,dp,0,1,2,1,2,1,2,1,2,Ma=1,第四节 变截面管流,二、喷管流动的计算和分析,（,a）,能获得亚声速流或声速流的收缩喷管b）,获得超声速流的缩放喷管p,T,T,T,T,p,1,p,amb,最大流量：,1,、出口流速和流量：,第四节 变截面管流,2,、变工况流动分析,（1）,时为亚临界流动，这是喷管内的流动为亚声速，,Ma,p,amb,q,m,=,q,mmax,出口气流压强高于环境背压，气体在喷管内没有完全膨胀，故称膨胀不足，气体流出喷管后继续膨胀壅塞,例题,收缩喷管从大气中吸气，其出口环境背压由真空泵抽气形成，当背压,p,amb,pa,时，通过收缩喷管的流量为,q,m,.kgs已知大气压强为,pa，,大气温度为,a,试分析喷管内气流处于何钟流动状态，并求喷管出口直径。

第四节 变截面管流,（,b）,获得超声速流的缩放喷管1,、出口流速和流量 面积比公式,喉部面积,图7-12,第四节 变截面管流,（缩放喷管）,2,、变工况流动分析,（1,）设计工况下气流在喷管中作正常完全膨胀：,所示,（2,）气体在喷管中作正常膨胀、但在出口截面产生激波，所示,（3,）喷管中的气体在喉部达到声速，其余全为亚声速时出口截面压强比：所示,第四节 变截面管流,（缩放喷管）,四种流动状态：,（）,气流在喷管内作正常的降压膨胀，由于气流在喷管出口截面的压强,p,高于背压，所以超声速气流流出喷管后，将在出口外以膨胀波的形式继续膨胀，称为膨胀不足背压降低不影响喷管内气流的流动，因为微弱压强波不能在超声速气流中逆向传播气流在喷管内作正常的降压膨胀，由于气流在喷管出口截面的压强,p,低于背压，所以超声速气流流出喷管后，将受到高背压的压缩形成喷管出口外激波系，气流经过激波，压强跃升，以适应高背压的环境，称为膨胀过度，外激波系不影响气流在管内的流动第四节 变截面管流,（缩放喷管）,（）,在喷管扩张段出现正激波，当波后压强,p,等于环境背压时，激波稳定在喷管出口处，当背压大于出口正激波的压强时，激波向管内上游移动，但激波内移，波前马赫数减小，激波强度减弱，激波传播速度减小，气流压强与背压相等。

激波内移到某个截面稳定下来喉部也达不到声速，管内全部是亚声速流出口截面压强等于环境背压，出口截面的气流速度决定与压强比：,p,amb,/,p,T,背压提高，速度减小。