气体在喷管中的流动.ppt

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1、§3-6气体在喷管中的流动123背景动力工程中经常遇到气体和蒸汽在管路设备内的流动过程：喷管(nozzle)扩压管(diffuser)节流(throttlevalve)气体不同形式能量之间传递和转化遵循何种规律等？气体和蒸气在流经这些设备时气流参数如何变化？这些变化与流道截面积有何关系？45NozzlesandDiffusersAnozzleisadevicethatincreasesthevelocityofafluidattheexpenseofpressureAdiffuserisadevicethatslowsafl

2、uiddown61.一维稳定流动的基本方程一维稳定流动：工质全部参数只沿流动方向变化考虑右图所示的一维流动（截面平均参数而言）可逆绝热流动过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。取图示的控制体（开口系统）cf2cf11122m1·p1v1T1m2·p2v2T27稳定流动中，任一截面的所有参数均不随时间而变，故流经一定截面的质量流量应为定值，不随时间而变。如图取截面1－1和2－2，两截面的质量流量分别为m1、m2，流速cf1、cf2，比体积为v1和v2，截面积A1、A2问题:通过每个截面的

3、质量流量如何计算?cf2cf11122m1·p1v1T1m2·p2v2T2（1）连续性方程··8根据质量守恒原理稳定流动的连续性方程式适用条件：稳定流动。与可逆性无关描述了流道内流体的流速、比体积和截面面积之间的关系9由流动能量方程：不计位能，无轴功，绝热，则：微分形式：喷管内流动的能量变化基本关系式。（2）稳定流动能量方程101）气体动能的增加等于气流的焓降;2）任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值。结论：11（3）过程方程可以用理想气体定比热容定熵过程来描述气体稳定流动过程微分：过程物理描述：绝热，无摩擦，无扰动可逆绝

4、热过程12（4）声速方程拉普拉斯声速方程对于理想气体定熵过程所以声音在气体中的传播速度c与气体状态有关13是一个状态参数当地声速马赫数Ma<1：亚声速Ma=1：当地声速Ma>1：超声速声音在理想气体中的定熵传播速度与热力学温度的平方根成正比，Tc14一维稳定绝热流动的基本方程组2.喷管内流动的基本特性工质在喷管内流动时的流速、压力、管道截面积等物理量之间的关系15(1)流速与状态变化的关系dcf与dp的变化总是相反的。在管内作绝热流动时，若流速增加，则压力必然下降在喷管内，dcf>0,dp<0,dv>0,dT<0在扩压管内，

5、dcf<0,dp>0,dv<0,dT>016(2)流速与管道截面积变化的关系当流速变化时，气流截面面积的变化规律不但与流速是高于当地声速还是低于当地声速有关，还与流速是增加还是降低，即是喷管还是扩压管有关。几何条件17喷管（dcf>0）：Ma<1，亚声速流动，dA<0,截面积缩小:渐缩喷管Ma>1，超声速流动，dA>0,截面积扩大:渐扩喷管喷管的要求：亚音速流必须是渐缩喷管；超音速流必须是渐扩喷管；从亚音速到超音速必须是渐缩渐扩喷管（拉伐尔喷管），在喉部达到音速。Ma=1，声速流动，截面积最小:渐缩与渐扩喉部M<1M>1M>

6、1M＝1M<118缩放喷管临界截面上M＝1观察：渐缩喷管气流速度最大值为音速，且出现在出口截面上缩放喷管可使亚音速达到超音速，喉部达到当地音速M<1M>1M>1M＝1M<1193.喷管的计算（流速和流量）设计计算：M<1dA<0渐缩校核计算：已知：入口参数p1,v1,T1流量m出口压力p2·求：外形及几何尺寸已知：外形及几何尺寸求：出口流速v2及流量m·20（1）喷管出口流速出口流速当Cp为定值喷管定熵能量方程21临界流速和临界压力比流速等于当地声速临界状态：Ma＝1（cf＝c），该处为气流由亚音速变为超音速的转折点临界参数

7、：临界压力比仅与工质的绝热指数有关临界压力比22选择管型的原则：设计喷管时，一般已知初始状态参数及背压（喷管出口外部环境的压力）23（2）流量计算流量通常以最小截面计算或渐缩喷管的出口截面缩放喷管的喉部截面？24（3）最大流量计算Ma<1dA<0背压pb背压从高于临界压力逐渐降低时，流量增加；但当压力降低到临界压力后，流量维持临界流量，出口维持当地音速；气流在喷管出口维持临界压力。cba1/41/23/4m·pB/p101临界压力渐缩喷管的最大流量25作业3-273-283-3026热力学第二定律例题例1：（4-7）设有一个

8、能同时产生冷空气和热空气的装置，参数如图所示，判断此装置是否可能？如果不可能，在维持各处原摩尔数和t0不变的情况下，改变哪一个参数就能实现。a2kmol1atm25℃b1kmol1atm1kmol1atm-15℃60℃c27例2有人声称已设计成功一种热工设备,不消耗外功,可将65℃的热水中