《变截面管流》PPT课件

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1、变截面管流（一）介绍气流速度与截面积的关系气体在收敛管内的流动气流速度与截面积的关系气体在收敛管内的流动2/40第五章一维定常管流气体在固定壁面的管道内的流动，称为管流。烟气在烟囱内的流动，空气在冷却塔内的流动以及煤气在煤气送管道内的流动等等，都是管流的例子。从研究气体流动的角度来看，涡轮喷气发动机也是一个限制气体在其中流动的管道，当涡轮喷气发动机在一定的高度上，以某一转速稳定工作时，气流在发动机内的流动，可以看作是一维定常管流。因此，研究一维定常管流，对于学习发动机原理具有重要意义。气体在管道中流动时会受到各

2、种因素的影响，例如，气流过涡轮喷气发体动机的过程中，经过进气道和喷管时，管道截面积沿管轴变化，因此气流受管道截面积变化的影响；在燃烧室中，由于燃料燃烧而气体加热，气流受加热的影响；在叶轮机内，气体与叶轮之间有功的交换，气流受机械功变化的影响；在引射喷管中，流量还会变化，气流受流量变化的影响；在各种管道中还存在着摩擦，因此，气流还受到摩擦的影响。可见影响管内流动的因素有：“截面积”、“热”、“机械功”、“流量”和“摩擦”。这些因素对气流的影响，经常是同时作用的。但是，在进行理论分析时，要同时考虑所有因素的影响比较

3、困难，可以抓住主要因素而忽略次要因素，使问题简化。这样，得出的结论基本上是正确的。如果还需要精确分析，可以在这些基础上根据其它因素的影响，进行适当的补充。因此，本章首先分别研究截面积、摩擦和热交换对管内气流流动的影响，然后说明多种因素的综合的影响。§5—1变截面管流气体在截面积随管轴变化的管道中的流动叫变截机管流。气体在进气道、压缩器整流叶片、涡轮导向器和喷管内的流动，都属于变截面管流。为了研究管道面积对气体流动的影响，首先必须找出气流速度与管道截面积的关系。一、气流速度与管道截面积的关系根据一维定常流动的几个

4、基本方程，可以推导出变截面管流的基本方程，从而说明气流速度与管道截面积的关系，具体推导如下：连续方程（a）能量方程由于忽略摩擦影响，又没有“热”和“机械功”的交换，故变截面管流就是等熵绝能流动，因此，能量方程可写为或(b)由于音速公式为，将此式代入(b)式得或因为故将(2—5—1)代入(a)式，可得上式就是用微分形式表达的一维定常变截流的基本方程。它说明：1.亚音速流（＜1）＜0，所以dC与dA异号，这说明速度变化与截面积变化的方向相反。在亚音速范围内，欲使管道内气流速度逐渐增大(dC＞0)，则管道的截面积必须

5、逐渐减小(dA＜0)，即必须用收敛形管道(见图2—5—1a)；欲使气流速度减小(dC＜O)，则管道的截面积必须逐渐增大(dC＞0)，即必须用扩散形管道(见图2—5—1a)。上式就是用微分形式表达的一维定常变截流的基本方程。它说明：2．超音速流(M＞1)＞0，即dC与dA同号，速度变化与截面积变化的方向相同；因此，超音气流在变截面管道内流动时，气流速度与截面积之间的关系刚好和亚音流的情况相反。在由音速范围内，欲使管道内的气流速度逐渐减小(dC＜0)，则管道的截面积也必须逐渐减小(dA＜0)，即必须用收敛形管道；欲

6、使气流速度逐渐增大(dC＞0)，则管道的截面积也必须渐增大(dA＞0)，即必须用扩散形管道。由此可见，由于气流压缩性的影响，要使亚音速气流加速，管道截面积应该逐渐收缩；而要使超音速气流加速，管道截面积应该逐渐扩张。因此，要使气流从亚音速加速到超音速，管道形状就应该是先收缩后扩张的，如图2—5—2所示。亚音速气流先在收缩段中加速，在最小截面处达到音速，然后在扩张段中继续加速成超音速气流。通常把最小截面叫做喉部。这种先收缩后扩张的管道称缩扩管，又叫拉瓦尔管。二、气体在收敛管内的流动根据上述，亚音速气流流过收敛形管时

7、，气流速度不断增大，同时，气体的温度、压力和比重相应地减小，如图2—5—3所示。在发动机上，常采用收敛形管来使亚音速气流不断加速，故这种管道叫收敛喷管或收缩喷管。(一)收敛形管出口气流速度及其影响因素在等熵绝能流动中，喷管各截面上的总温和总压都相同，都等于喷管进口截面上的气流总温和总压，我们以注脚1表示喷管出口的气流参数，以注脚0表示进口截面的气流参数，则有在绝能流动中，能量方程可写成因此自公式(2—5—3)可以看出，喷管出口截面积处的气流速度是随进口处气体的总温()和进出口压力比的增大而增大的。当管道进出口压

8、力比一定时，管道进出温度比也就一定。进口处气体的总温越高，则温度降()越大，有更多的焓转变为动能，因而管道出口截面处的气流速度越大；反之，进出口处气体的总温越低，则管道出口截面处的气流速度越小。当进口处气体的总温一定时，管道进出口压力比越大。说明气体在流动过程中膨胀得越厉害。这样，就可以把更多的焓转变为动能，因而管道出口截面处的气流速度越大；反之，管道进出口压力比越小，则气体在流过程中