工程热力学 第七章　气体与蒸汽的流动

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1、第七章气体与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。1、掌握定熵稳定流动的基本方程；2、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的涵义；3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算；4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。研究内容：1、主要研究气体流过变截面短管（喷管和扩压管）时，气流参数变化与截面积的关系；2、主要研究流动过程中气体能量传递和转化问题；3、简要讨论绝热节流过程。基本要求:怎么掌握这些知识呢?1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面

2、上各点该参数的值。2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。稳定流动：流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。简化假设：§7－1稳定流动的基本方程式一、连续性方程稳定流动中，任一截面的所有参数均不随时间而变，故流经一定截面的质量流量应为定值，不随时间而变。如图取截面1－1和2－2，两截面的参数为质量流量：qm1、qm2流速：cf1、cf2比体积：v1、v2截面积：A1、A2根据质量守恒定律：微分：以上两式为稳定流动的连续方程式。它描述了流道内的流速、比体积和截面积之间的关系。普遍适用于稳定

3、流动过程。1）对于不可压流体（dv=0，dρ=0），如液体等，流体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与流速cf成反比；结论：2）对于气体等可压流，流速的变化取决于截面和比体积的综合变化。对于不可压流体对于可压流体二、稳定流动能量方程式由热焓方程：不计位能，无轴功，绝热，则：微分上式：喷管内流动的能量变化基本关系式。1、气体动能的增加等于气流的焓降；2、任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值。结论：在稳定流动过程中：1）与外界没有热量交换；2）流经相邻两截面时各参数是连续变化；3）不计摩擦和扰动；三、过程方程式过程是可逆绝热过程。任意两截面上气体的状态参数可用

4、可逆绝热过程方程式描述，对理想气体（定比热容）有：微分上式，得：截面1截面21、2截面的状态方程？1到2截面的过程方程？四、音速方程dvp+dp,ρ+dρcP，ρp+dppcP，ρc-dvp+dp,ρ+dρp+dppdvv=0c-dvccP，ρc-dvp+dp,ρ+dρ能量方程000(1)连续方程cP，ρc-dvp+dp,ρ+dρ0(2)热焓方程0(3)(3)(2)(1)对于理想气体定熵过程有：Ma＜1亚声速Ma＝1气流速度等于当地声速Ma＞1超声速马赫数：气体的流速与当地声速的比值。假想把某截面的气流在绝热可逆条件下滞止的状态。处于定熵滞止状态的状态参数称为

5、定熵滞止参数或总参数，而具有原来速度Cf的状态参数称为静参数。如定熵滞止温度或总温T0（T*）、定熵滞止压力或总压p0（P*）定熵滞止状态五、定熵滞止参数截面1截面21、2截面的定熵滞止参数相等吗？T0,P0T0,P0某截面处的定熵滞止参数总是存在的吗？1、总焓和静焓定义：总焓或滞止焓h0（h*）总焓或滞止焓：h0（h*）静焓：hh0hhs2、总温和静温空气：流速为音速时T0比气流温度大20％。流速为3倍音速时T0为气流温度的2.8倍。当卫星返回时，表面的滞止温度可以把外壳熔化。为何冷风洞中吹风模型的温度很低？3、总压和静压4、总密度或滞止密度ρ*5、用滞止参

6、数表示同一截面的状态方程嘿嘿……自己证明吧，作为课后思考。6、用滞止参数表示熵变§7-2促使流速改变的条件－、力学条件联立流动能量方程式和热力学第一定律表达式：可得：微分式：结论：dcf、dp的符号始终相反，即：气体在流动过程中流速增加，则压力下降；如压力升高，则流速必降低。二、几何条件结论：当流速变化时，气流截面积的变化规律不但与流速是高于当地声速还是低于当地声速有关，还与流速是增加还是降低，即是喷管还是扩压管有关。Ma<1,亚声速流动,dA<0,截面收缩；Ma=1,声速流动,dA=0,截面缩至最小；Ma＞1,超声速流动,dA>0,截面扩张对于喷管（dcf>

7、0)时，截面形状与流速间的关系：缩放喷管（拉伐尔喷管）：缩放喷管可实现气流从亚声速变为超声速，在喷管最小截面（喉部截面或临界截面）处Ma=1，在临界截面处的参数称为临界参数（以下标cr表示），如：喷管内参数变化示意图vC：当地音速Cf：当地气流速度Ma＞1,超声速流动,dA<0,截面收缩；Ma=1,声速流动,dA=0,截面缩至最小；Ma＜1,亚声速流动,dA>0,截面扩张；对于扩压管（dcf＜0)：§7－3喷管的计算喷管的计算：喷管的设计计算：据给定条件（气流初参数、流量及背压），选择喷管的外形及确定几何尺寸。喷管的校核计算：已知喷管的形状和尺寸及不同的工作条

8、件，确定出口流速和通过喷管的流量。一、