资源描述：
《气体的一维定常流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、工程流体力学第六章气体的一维定常流动第一节气体一维流动的基本概念气体的状态方程比定容热容和比定压热容热力学温度流体的内能熵比定容热容比定压热容两者的关系热力学过程等温过程绝热过程等熵过程常数或者常数声速和马赫数声速是微弱扰动波在弹性介质中的传播速度活塞以微小的速度dv向右运动,产生一道微弱压缩波,流动是非定常的选用与微弱扰动波一起运动的相对坐标系作为参考坐标系,流动转化成定常的了第一节气体一维流动的基本概念由连续方程略去二阶微量(1)由动量方程(2)由（1）、（2）得流体的体积模量代入声速公式得声速公式由等熵过程关系式以及状态方程可得代入声速公式得第一节气体一维流动的基本概念马赫数流体
2、流动速度和当地声速的比值对于完全气体马赫数通常还用来划分气体的流动状态Ma＜1Ma=1Ma＞1亚声速流声速流超声速流空气空气中的声速声速的大小与流动介质的压缩性大小有关,流体越容易压缩,其中的声速越小,反之就越大第一节气体一维流动的基本概念第二节微小扰动在空气中的传播(a)气体静止不动(b)气流亚声速流动(c)气流以声速流动(d)气流超声速流动如果在空间的某一点设置一个扰动源,周围无任何限制,则扰动源发出的扰动波将以球面压强波的形式向四面八方传播,其传播速度为声速.分四种情况讨论马赫角结论:超声速气流中的微弱扰动波不能逆流向上游传播第三节气体一维定常流动的基本方程连续性方程能量方程由热
3、力学代入得声速公式完全气体状态方程对一维定常流的连续性方程式取对数后微分得第四节气流的三种状态和速度系数滞止状态：气流速度等熵地滞止到零这时的参数称为滞止参数气体一维定常绝能流的制止焓是个常数得据等熵关系式总静参数比考虑气体的压缩性与否及会带来多大误差压缩性因子或者极限状态气流膨胀到完全真空所能达到的最大速度极限速度能量方程的另一种形式第四节气流的三种状态和速度系数临界状态：在某一点上气流速度等于当地声速的状态或者临界速度令Ma=1则总静参数比公式变成第四节气流的三种状态和速度系数速度系数气流速度与临界声速的比值当v=vmax时M*与Ma的关系总静参数比用速度系数表示第四节气流的三种状
4、态和速度系数第五节气流参数和通道截面之间的关系设无粘性的完全气体沿微元流管作定常流动,在该流管的微元距离dx上,气体流速由v变为vdx,压强由p变为p+dp,质量力可以不计,应用牛顿第二定律同除以压强整理，并引入声速公式对等熵过程关系式取对数后微分有对完全气体状态方程取对数后微分联立得第五节气流参数和通道截面之间的关系第六节喷管流动的计算和分析收缩喷管列容器内虚线面上和喷管出口的能量方程得质量流量整理得喷管出口气流达临界状态Ma=M*=1时此时根据环境压强的变化对收缩喷管的工况作以下分析第六节喷管流动的计算和分析解根据以上两式可以算得由于出口环境背压,喷管出口气流为临界状态,所以第六节
5、喷管流动的计算和分析缩放喷管流量由连续方程求得整理成第六节喷管流动的计算和分析解：查表1,水蒸气的由温度比和压强比公式计算得根据上式可以算得由于出口环境背压,故可以采用缩放喷管由状态方程得喷管喉部面积第六节喷管流动的计算和分析第七节实际气体在管道中的定常流动有摩擦的一维定常绝热管流选取图中所示的dx微元管段上的流体作为研究对象。表面力包括上、下游断面上的总压力，管子壁面上的切应力的合力和压强的合力，作为气体质量力可以忽略不计。运动微分方程整理并略去二阶以上的无穷小量有单位质量流体的损失可以表示为粘性气体的绝热流动微分关系式可表示为联立可导出对比※在变截面管道中，摩擦的作用就相当于沿流动
6、方向的截面变化率发生变化。对于渐缩喷管，截面的减小率会更大，故亚声声速气流速度增速加快；对于渐扩喷管，截面的增大率减小，超声速气流增速减慢。同时可以看出，在缩放喷管中临界截面不在管道的最小截面上，而在第七节实际气体在管道中的定常流动等截面管中压强降落的变化规律将等熵关系式取对数后微分有联立状态方程,连续方程求解解上式第七节实际气体在管道中的定常流动实际气体在管道中的定常流动等直管道的流量可以用以下公式作近似计算由以上分析,等直管道考虑摩擦时可能出现壅塞现象,即在一定条件下有一极限管长,对应这一长度管道出口恰好出现临界状态对于等截面管道,由于沿管长截面积不变由马赫数定义式得将该式微分得用
7、除上式左端,用除右端得第七节实际气体在管道中的定常流动整理得将上式分离变量积分得由前述分析可知,取最大管长时管道出口应达到临界状态,将代入上式,可得最大管长由上式可知,在亚声速范围最大管长随马赫数的增大而减小,在超声速范围内,最大管长随马赫数的减小而减小第七节实际气体在管道中的定常流动解分别计算题中所给的两个雷诺数所对应的最大管长,其差值即为所需的管子长度当时同理可算得所需的管子长度为第七节实际气体在管道中的定常流动实际气体的等温管流工程中常常
