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主讲刘先斐本章知识点掌握定熵稳定流动的基本方程。理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本含义。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。掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。武汉大学动力与机械学院刘先斐2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(nozzle,jet)、扩压管(diffuser)及节流(throttlevalve)内流动过程的能量转换情况。武汉大学动力与机械学院刘先斐3参数取平均稳定一维可逆绝热武汉大学动力与机械学院刘先斐47-1稳定流动的基本方程式前提：简化为可逆绝热稳定流一、连续性方程（

2、质量守恒方程）qqm2m1质量守恒：qqqconstmmm12AcAcAc11fff22constvvv12武汉大学动力与机械学院刘先斐5dAdcdvf0Acvf适用于任何工质和任何过程（可逆和不可逆）。不可压缩流体vconstAcconstf截面面积与流速变化相反：截面收缩时流速增大、截面扩张时流速减小。对于气体等可压缩流体，流速的变化取决于截面和比体积的综合变化。武汉大学动力与机械学院刘先斐6二、稳定流动能量方程式22ccff21qhhg()zzw2121i2位能差可以忽略，绝热且不对外作功。222cccfff12hh

3、hconst1222222ccff212hhdhdc(/2)012f2适用于任何工质和任何过程。武汉大学动力与机械学院刘先斐7所有截面上的焓加动能之和都相等动能变小，焓将变大；动能为零，焓达最■绝热滞止过程(stagnation)流动过程中，气体因受到某种物体的阻碍、流速降低为0。武汉大学动力与机械学院刘先斐8此时流体的状态称为滞止状态。相应的参数称为滞止参数。如滞止压力，滞止温度，滞止焓。所有截面上的滞止焓均相同●总焓（滞止焓）222cccfff12hhhh012222●理想气体（定值比热容）2cf1滞止温度：TT012cpT0kk/(1)滞止压力：

4、pp()01T1武汉大学动力与机械学院刘先斐9注意滞止参数取决于进口参数。滞止温度高于气流温度，滞止压力高于气流压力。且流速越大，差别越大。当进口流速很小时，滞止参数可以近0似取进口参数。hc20f●水蒸汽h2计算得到h，定熵过0程ss，由水蒸汽表01或图查得其他参数。武汉大学动力与机械学院刘先斐s10三、过程方程式●理想气体（定值比热容）kdpdvpv定值k0pv●水蒸汽上式对水蒸汽也适用，但k不是比热容比，只是经验值。过热蒸汽，k1.3干饱和蒸汽，k1.135湿饱和蒸汽，kx1.0350.1武汉大学动力与机械学院刘先斐11四、声速方程■声速（音速）(v

5、elocityofsound)声音在介质中的传播速度。对于理想气体，ckpvkRTg注意：声速为状态参数。流动过程中，状态不断变化，所以声速也不断变化。●当地声速(localvelocityofsound)所考虑截面上的声速。武汉大学动力与机械学院刘先斐12如空气，0Cc1.4287273.15331.2m/s20Cc318.93m/s20Cc343m/scp水蒸气当地声速cpvRTandgcV■马赫数(Machnumber)Macc/fcc，Ma1，亚声速流动(subsonic)fcc，Ma1，声速流动(sonic)fccf，Ma

6、1，超声速流动(supersonic)武汉大学动力与机械学院刘先斐137-2促使流速改变的条件由流体力学的观点可知，要使工质的流速改变，可通过以下两种方法达到：截面积不变，改变进出口的压差－力学条件；固定压差，改变进出口截面面积－几何条件。喷管：流速升高的管道；扩压管：流速降低、压力升高的管道。武汉大学动力与机械学院刘先斐14dcdpf一、力学条件~cpf222ccff21wvdphht1212vdpcdcff2dpcdckcdcdcffff2fkMappvkpvccff说明流速改变的根本原因是存在压差。武汉大学动力与机械

7、学院刘先斐15dp2dcfkMapcf2k0Ma0dcdp喷管cpff异号cpfpc扩压管f12ccddvpccffff的能量来源2是压降，是焓（即技术功）转换成机械能。武汉大学动力与机械学院刘先斐16dcdAf二、几何条件~cAfdpdv过程方程k0pvdvdc2fMavcdpdcf力学条件2fkMapcfdAdcdvf连续性方程0AcvfdAdc2f(1Ma)几何条件Acf武汉大学动力与机械学院刘先斐17喷管