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要研究内容：气体和蒸汽在流动过程中的能量传递与转换规律。工程应用举例：1、喷管（重点）涡轮机械：高温高压气体流经喷管后流速升高，然后进入涡轮机冲击叶轮旋转，输出机械功；喷气式飞行器：利用尾部喷管高速气流的反作用力推进飞行器；射流设备：消防设备、射流风机等。2、扩压管叶轮式压气机：涡轮机流出的高速气流经扩压管将动能转换为压能。冲压式喷气推进机：前方扩压管、尾部喷管（气流经扩压管进入燃烧室，燃气进入尾部喷管）速度足够高时不需燃料，但不能自行起飞。3、绝热节流制冷装置：节流阀管路中的减压

2、阀、调节阀或流道截面突然变化等情况。重点研究内容：研究气体在喷管中的流动规律。两种常用喷管的形状：一、连续性方程（对流道中任意截面）简化模型:一维、定熵(可逆、绝热)、稳定流动（1）7―1一维稳定流动基本方程二、(定熵)过程方程pvκ＝const微分整理,得:（2）对液体：dv=0，其喷管只能是渐缩喷管，c２≤当地音速．注：理想气体κ为绝热指数（cp/cV）,蒸气κ为经验值微分得:三、稳流能量方程简化条件：g△z=0；ws＝0；（wt=-Δh≠0）将简化条件代入式（3）得：q=0（普遍适用）（3）（可逆）

3、（4）（5）(任意工质和过程)由（5）式还可推得在喷管任意截面处，有：∴动能的增量=焓降=技术功h*为气体绝热滞止时的焓，滞止时的温度和压力用T*和p*表示。T*和p*的计算式见P.115式（7.26）和（7.27）(改)理想气体实际滞止与定熵滞止温度相同（焓相同），但压力小于定熵滞止压力（有熵产）。滞止过程（c→0、T↑、p↑）：c↑→△T↑，△p↑,式（5）的微分表达式为：由(6）得：p↓→c↑（喷管），反之p↑→c↓（扩压管）（思考：式（6）的使用条件）因过程为s（能量转换）理想气体的音速：1.当地

4、音速：流体处于某一状态下的音速。四、音速方程马赫数Ma=c/ca气体音速ca(a)：不同截面(状态)ca不同.Ma>1：超音速；Ma＝1：音速；Ma<1：亚音速。一、气体流速与管道截面积的关系——截面方程由——截面方程P.112（7.18）7-2气体流速与管道截面积的关系分析：喷管沿程dc>0，根据截面方程在Ma<1区间，dA<0；在Ma>1区间（较少），dA>0；扩压管与喷管正好相反。在Ma＝1处，dA＝0，即在c＝ca处，dA＝0。液体例外：喷管渐缩；扩压管渐扩。一、出口流速7―3喷管中流速及流量的计

5、算（以上公式使用条件：任意工质、任意过程）通常c1<

6、，ν=0.487双原子气：κ=1.4，ν=0.528多原子气：κ=1.3，ν=0.546对于蒸汽，κ仅是一经验数据，有过热蒸气：κ=1.3，ν=0.546；干饱和蒸气：κ=1.135，ν=0.577；湿蒸气：κ=1.035+0.1x理想气体：在喷管设计中，ν是选择喷管外形的重要依据。时，选渐缩形喷管；三、喷管的选型原则（气体）——节能：喷管的设计工况：设c1ca时，式中pb——喷管出口处外界压力（背压）p2——出口截面上压力。时，选缩放形喷管。四、流量的计算对渐缩喷

7、管,将c2、v2(理想气体)计算式代入得:结论：采用渐缩形喷管只能获得亚音速和音速气流，要想获得超音速气流，必须采用缩放形喷管。流量随压比的变化曲线见P.115图7.3当最大流量——以压比为自变量求极值，求得：或分析：对渐缩喷管当pb＝pcr时:上述两种情况,无论pb如何降低,流速和流量均不再变化。当pb＞pcr时:当时:对缩放喷管质量流量与压比的关系见P.115图7.3其中右边抛物线实线段是渐缩喷管的流量变化规律,左边水平实线段是缩放喷管的流量,恒等于最大流量。此时，pb降低,流速和流量均增大。五、蒸气

8、的流动特点（小结）1、过程方程中κ值不同，κ为经验值，不具有比热比的含义；2、临界压力比计算公式同理想气体，只需代入蒸汽的κ值即可；3、能量方程（计算流速）中h值应查蒸气表或图。二、能量方程节流前后焓相等。7―4绝热节流一、绝热节流现象，，二、各种参数的变化1.对理想气体：∵h1＝h2，∴T1=T2，节流前后温度不变。2.对实际气体三种可能：T1>T2，T1＝T2，T1