工程热力学第9章气体和蒸汽的流动.ppt

第九章第九章￿￿￿￿气体和蒸汽的流气体和蒸汽的流动本章学习内容本章学习内容1 研究气体流动过程中研究气体流动过程中2   研究影响气体在管内流的研究影响气体在管内流的气流速度变化气流速度变化能量转换能量转换状态参数变化状态参数变化的的规律规律系统的外部条件系统的外部条件管道截面积的变化管道截面积的变化§ 9-1 绝热流流动的基本方程的基本方程一一 概念概念稳态稳态稳流稳流( (稳定流动稳定流动) )状态不随时间变化状态不随时间变化恒定的流量恒定的流量二二 几个基本方程几个基本方程连续性方程连续性方程绝热稳定流动绝热稳定流动能量方程能量方程定定熵过程程方程方程(1) (1) 连续性方程连续性方程 const 由由稳态稳流稳态稳流特点特点适用于适用于任何任何工质工质可逆可逆和和不可逆不可逆过程过程截面面积截面面积气流速度气流速度气体比容气体比容(2) 绝热稳定流动能量方程绝热稳定流动能量方程 适用于适用于任何任何工质工质可逆可逆和和不可逆不可逆过程过程注注：：增速增速以以降低降低本身本身储能储能为代价为代价 (3) 定熵过程方程式定熵过程方程式 = const = const 可逆绝热过程方程式可逆绝热过程方程式适用条件适用条件: :(1)(1)理想气体理想气体(2)(2)定比热定比热(3)(3)可逆可逆微分微分注意注意: :变比热变比热时时 K K取取过程范围内的平均值过程范围内的平均值三三 音速与马赫数音速与马赫数微小微小扰动在流体中的扰动在流体中的传播速度传播速度压力波的传播过程压力波的传播过程可作可作定熵定熵过程处理过程处理(1)(1) 音速音速定义式定义式: :定熵过程定熵过程理想气体理想气体只随只随绝对温度绝对温度而变而变(2) 马赫数马赫数流速流速当地音速当地音速 定义式定义式M>1 超音速超音速M=1 临界音速临界音速M<1 亚音速亚音速312三种音速三种音速§ 9-2  定熵流动的基本特性定熵流动的基本特性 一一、气体流速变化与状态参数间的关系气体流速变化与状态参数间的关系由定熵过程由定熵过程dh=vdp得得dc>0dp<0由此可见由此可见导致dc < 0dp > 0导致喷管中的喷管中的流动特性流动特性扩压管中扩压管中的流动特性的流动特性二二、管道截面变化的规律、管道截面变化的规律 连续性方程连续性方程可逆绝热过程方程可逆绝热过程方程管道截面变化管道截面变化气流速度变化气流速度变化注注: :扩压管扩压管dc<0,dc<0,故不同音速下的形状与喷管故不同音速下的形状与喷管相反相反M<1M<1M>1M>1M<1 M>1M<1 M>1df<0df<0渐缩渐缩df>0df>0渐扩渐扩df<0 df>0df<0 df>0渐缩渐扩渐缩渐扩喷管喷管dc>0dc>0M=1M=1df=0df=0临界截面临界截面喷管和扩压管流速变化与截面变化的关喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系系流动状态流动状态管道种类管道种类管道形状管道形状M<1M<1M>1M>1dc>0dc>0dc<0dc<0喷管喷管dp<0dp<01 12 2M<1M<1渐缩渐扩扩喷管M<1转M>1渐缩渐扩扩压管M>1转M<11 12 2M>1M>1M=1M=1M<1M<1M>1M>1扩压管扩压管dp>0dp>01 12 21 12 21 12 21 12 2M=1M=1§ 9-3 喷管中流速及流量计算喷管中流速及流量计算 一一 定熵滞止参数定熵滞止参数将具有一定速度的气流在将具有一定速度的气流在定熵条件定熵条件下扩压，使其下扩压，使其流速降低为零流速降低为零时的参数时的参数 定义：定义： 参数表达式参数表达式下角标为下角标为0 0的的是定熵滞止参数是定熵滞止参数下角标为下角标为1 1的的是进口参数是进口参数二、喷管的出口流速二、喷管的出口流速 由绝热稳定流动能量方程由绝热稳定流动能量方程对理想气体对理想气体对实际气体对实际气体 三、临界压力比及临界流速三、临界压力比及临界流速 (1)临界压力比临界压力比代入出口流速方程代入出口流速方程临界流速表达式临界流速表达式定熵过程定熵过程方程式：方程式：临界压力临界压力进口压力进口压力特别的对特别的对双原子气体：双原子气体： 四、流量与临界流量四、流量与临界流量一般通过计算一般通过计算最小截面最小截面的质量流量的质量流量由由连续性方程连续性方程知，各个截面的质量流量相等知，各个截面的质量流量相等（（1））渐缩喷管的质量流量计算渐缩喷管的质量流量计算12理想气体理想气体的定熵流动的定熵流动出口出口截面截面质量流量质量流量注意注意        的取值的取值（（2）渐缩渐扩喷管的流量计算）渐缩渐扩喷管的流量计算m0cba1.0正常工作时正常工作时M=五、喷管的计算五、喷管的计算1 1 喷管的设计计算喷管的设计计算已知已知1)1) 当当 即即 采用渐缩喷管。

采用渐缩喷管 2 2））当当 即即 采用缩扩喷管采用缩扩喷管 出发点：出发点：（（2 2）渐缩喷管的校和计算）渐缩喷管的校和计算已知已知1)1) 当当 即即 2 2））当当 即即  喷管的最大流量喷管的最大流量 kg/s § 9-4    扩压管扩压管定熵流动的定熵流动的基本关系式基本关系式和和管道截面变化规律管道截面变化规律的的关系式相同关系式相同扩压管是在已知扩压管是在已知进口参进口参数数进口速度进口速度和和出口速度出口速度的情况下计算的情况下计算出口压力出口压力扩压管与喷管的扩压管与喷管的区别区别与与联系联系注注:动能损失得越多压力增加得越多动能损失得越多压力增加得越多扩压管的扩压比概扩压管的扩压比概念念定义式定义式进口压力出口压力由能量由能量方程得方程得则定熵过程则定熵过程§ 9-5  具有摩擦的流具有摩擦的流动 定义式定义式实际出口速度实际出口速度定熵过程出口速度定熵过程出口速度大致在大致在0.940.94至至0.980.98之间之间速度系数速度系数喷管效率喷管效率消耗一部分功消耗一部分功一般在一般在0.90.9至至0.950.95之间之间§ 9-6    绝热节流绝热节流 q定义：气体在管道中流过突然缩小的截面，定义：气体在管道中流过突然缩小的截面， 而又未及与外界进行热量交换的过程而又未及与外界进行热量交换的过程q特点：绝热节流过程特点：绝热节流过程前后前后的焓相等，但的焓相等，但整整个个过程绝不是等焓过程。

过程绝不是等焓过程 流体在通过缩孔时流体在通过缩孔时动能动能增加增加，，压力压力下降下降并并产生强烈产生强烈扰动和摩擦扰动和摩擦扰动和摩擦的扰动和摩擦的不可逆不可逆性性，，导致导致整个过程的不可逆性整个过程的不可逆性在缩孔附近，流速 ，焓q不可逆性：不可逆性：绝热节流前后参数的变化绝热节流前后参数的变化(1)   对理想气体对理想气体12chp温度温度不变不变压力压力下降下降比容比容增加增加熵熵增加增加焓焓不变不变注注:理想气体的理想气体的焓焓是是温度温度的的单值函数单值函数(2)   对实际气体对实际气体节流前后节流前后焓焓不变不变,温度温度不一定不变不一定不变绝热节流温度效应绝热节流温度效应温度效应只与温度效应只与气体的性质气体的性质有关有关,与其与其状态状态无关无关热热效应效应零零效应效应冷冷效应效应温度温度降低降低温度温度不变不变温度温度升高升高绝热节流系数（焦尔－汤姆逊系数）绝热节流系数（焦尔－汤姆逊系数）定义式定义式物性参数物性参数反映与理想气体的偏差反映与理想气体的偏差焓的热力学焓的热力学微分方程式微分方程式绝热节流过程绝热节流过程中焓变为零中焓变为零<0>0=0产生产生热热效应效应产生产生冷冷效应效应产生产生零零效应效应。