工程热力学 教学课件 作者 王修彦 09.ppt

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1、多媒体教学课件华北电力大学能源与动力工程学院工程热力学9-6绝热节流9-5有摩擦阻力的绝热流动第9章气体和蒸汽的流动9-1一维稳定流动的基本方程式9-2促进流动改变的条件9-3定熵滞止参数9-4喷管的计算2气体和蒸汽的流动工程中有许多流动问题需考虑工质的宏观动能和位能，特别是喷管、扩压管及节流阀内流动过程的能量转换情况。风洞39-6绝热节流9-5有摩擦阻力的绝热流动第9章气体和蒸汽的流动9-1一维稳定流动的基本方程式9-2促进流动改变的条件9-3定熵滞止参数9-4喷管的计算4一维稳定流动的基本方程式的使用条件一维稳定可逆绝热5一维稳定流动

2、的基本方程式1122p1v1T1qm1c1p2v2T2qm2c26质量守恒方程（连续性方程）质量守恒方程（连续性方程）微分形式适用于任何工质的可逆与不可逆稳定流动7能量方程微分形式适合于任何工质的可逆与不可逆稳定流动能量方程8过程方程过程方程微分形式注意，若水蒸气，则9声速方程声速方程理想气体等熵过程中因此,理想气体声速为10马赫数注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速如空气，2）水蒸气当地声速3）声速与马赫数亚声速声速超声速119-6绝热节流9-5有摩擦阻力的绝热流动第9章气体和蒸汽的流动9-1一维稳定流动的基本方程式9-2促进流动改

3、变的条件9-3定熵滞止参数9-4喷管的计算121）力学条件因为流动可逆绝热，所以且能量方程故力学条件131）力学条件讨论当气体在管道内流动时，dc和dp的符号总是相反的。如果气体压力降低（dp<0），则流速必增加（dc>0）：喷管工作原理如果气体流速降低（dc<0），则压力必升高（dp>0）：扩压管工作原理142）几何条件力学条件过程方程连续性方程几何条件152）几何条件对于喷管（dc>0）：1)欲使亚声速气流（M<1）提高流速，需选用渐缩喷管（dA<0）；２）欲使超声速气流（M>1）进一步提高流速，需选用渐扩喷管（dA>0）；3）欲使气

4、流在喷管中由亚声速连续地增加到超声速，其截面变化应该是先收缩而后扩张，这样的喷管称为缩放喷管或拉伐尔喷管。讨论16喷管形状渐缩喷管渐扩喷管缩放喷管17临界截面截面上M=1，c=a，称临界截面，或称喉部截面，临界截面上速度达当地声速a。临界截面处的气体参数称为临界参数，如临界压力pcr，临界比体积vcr，临界温度Tcr18对于扩压管（dc<0）：请同学们自行分析。2）几何条件讨论19促进流动改变的条件归纳：1）压差是使气流加速的基本条件，几何形状是使流动必不可少的外在条件；2）气流的焓差（即技术功）为气流加速提供了能量；3）收缩喷管的出口截

5、面上流速小于等于当地声速；4）拉伐尔喷管喉部截面为临界截面，截面上流速达当地声速；209-6绝热节流9-5有摩擦阻力的绝热流动第9章气体和蒸汽的流动9-1一维稳定流动的基本方程式9-2促进流动改变的条件9-3定熵滞止参数9-4喷管的计算21可见，绝热滞止焓等于绝热流动中任一位置气体的焓和流动动能的总和，因此也称总焓。绝热滞止定义：气流掠过物体表面时，由于摩擦、撞击等使气体相对于物体的速度降低为零的现象称为滞止现象。滞止发生时气体的温度及压力都要升高，致使物体的温度及受力状况受到影响。忽略滞止过程中的散热，则可认为过程为绝热滞止过程。绝热滞

6、止状态下气体的状态参数称为绝热滞止参数或简称为滞止参数。22绝热滞止温度绝热滞止时气体的温度称为绝热滞止温度，用T0表示，当比热容为定值时，由焓和温度的关系，可得例如，如飞机在–20℃的高空以M=2飞行，其滞止温度为t0=182.6℃。航天飞机返回大气层时M更大。可见，Ｍ↑→T0↑。因而，当设计在高速运动的装置时和测量高速气流的温度时，必须考虑气体的滞止温度的影响。23水蒸气的滞止参数直接利用h-s图求得：24理想气体的滞止参数滞止温度滞止压力259-6绝热节流9-5有摩擦阻力的绝热流动第9章气体和蒸汽的流动9-1一维稳定流动的基本方程式

7、9-2促进流动改变的条件9-3定熵滞止参数9-4喷管的计算26喷管的计算喷管的计算一般包括：出口流速c2的计算；质量流量qm的计算；出口压力p2的计算；喷管尺寸的计算。27背压的概念背压是指喷管出口截面外工作环境的压力 ，用pB表示。正确设计的喷管其出口截面上压力p2等于背压pB，但非设计工况下p2未必等于pB。28临界压力比的概念M=1的截面积称为临界截面，该截面处的压力为临界压力pcr绝热滞止状态下气体的压力称为绝热滞止压力p0临界压力与滞止压力之比称为临界压力比29临界压力比的计算根据可得30临界压力比的数值双原子理想气体：k=1.

8、4三原子理想气体：k=1.3过热水蒸气：k=1.3干饱和水蒸气：k=1.135对于理想气体，对于水蒸气，，纯粹的经验数据31喷管出口流速c2对理想气体初参数确定时，c2取决于p2/p032渐缩