中国矿业大学工程热力学第九章1

1、Engineering Thermodynamics第第 九九 章章气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动CHINA UNIV. OF MININGCHINA UNIV. OF MININGTECHNOLOGYTECHNOLOGY中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology工质工质理想气体理想气体水蒸汽水蒸汽流动流动这里指流体在管道内的流动，特点是这里指流体在管道内的流动，特点是W WS S=0=0 。1122ii中国矿业大学中国矿业

2、大学China University of Mining and Technology Flow through the nozzles 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technologyn掌握截面积变化对热力流动的影响；掌握截面积变化对热力流动的影响；n能进行喷管绝热稳定流动的热力计算。能进行喷管绝热稳定流动的热力计算。 n绝热稳定流动的基本关系式；绝热稳定流动的基本关系式；n气体在喷管中的绝热流动、喷管中流速及流量气体在喷管中的绝热流动、喷管中流速及流量计算；计算；n喷管主要尺寸的确定；喷管主要尺寸的确定；n气体和蒸汽的绝热节流。气体

3、和蒸汽的绝热节流。中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technologyn喷管内绝热稳定流动的基本特性；喷管内绝热稳定流动的基本特性；n喷管出口的截面、流速和流量的计算，喷管喷管出口的截面、流速和流量的计算，喷管的设计和校核计算；的设计和校核计算；n绝热节流过程的特点。绝热节流过程的特点。n通过确定临界压力比，通过确定临界压力比，对喷管进行设计和校对喷管进行设计和校核的计算，核的计算，理想气体与蒸汽不同的流速和流理想气体与蒸汽不同的流速和流量计算公式。量计算公式。中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining a

4、nd Technology1 n流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。而变化的流动过程。 n沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。均值作为该截面上各点该参数的值。 n可逆绝热过程：可逆绝热过程：，另外，不计管道摩擦。，另外，不计管道摩擦。 n喷管喷管 nozzles n扩压管扩压管 diffusers n节流阀节流阀 throttling valve 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and T

5、echnology1 0vdvfdfcdc0cdcdh0cdcdp.constpvk中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology1) (continuity equation)1 mmm.21Const. vfcm 0vdvfdfcdc截面面积截面面积气流速度气流速度气体比容气体比容中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2) 1 outinEE 121121gzchqwgzch2222212222112121chch0cdcdhvdpdhTdsdpvdpdh0cdc

6、dp中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2) 1 .212constgzcp0cdcdp中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2) h01 .2121222211constchch02max21, 0hchhhc若22222110212121chchchh总焓或滞止焓h0中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology 滞止温度T0滞止压力p0。（用下表（用下表0 0表示滞止参数）表示滞止参数） 1

7、211021chh211021cTcTcpppccTT2210111010kkTTpp1101)(10kTTvv中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3) 1 .constpvk0vdvkpdp：中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology4) n音速：音速：1 spa)(svpv)(20vdvkpdpkpva kRTa 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technologysmac2 .33115.2732874

8、 . 10smac93.31820smac343201 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology4) n马赫数马赫数 Ma Ma 1 acMa M=1 sonic 312M1 supersonicM0dp0dc 0中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2)2 0vdvfdfcdc0vdvkpdp0cdcdpcdcMfdfa) 1(2中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2)2 cdcMfdfa)

9、 1(2Ma1df0dc0Ma=1df=0Ma1df0 dc0,中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2 converging nozzle渐缩喷管渐缩喷管 diverging nozzle渐扩喷管渐扩喷管 Converging-diverging nozzle缩放喷管缩放喷管中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology1) 2) 3) cr.2 crcrcrcrRTvpc中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Tech

10、nology2 Ma1dc0dc0dc0dc0dpdp00120fdfMa1Ma1转Ma0021pp 21pp 21pp 0fdf0fdf1212M=1M=1M1M1M112M1M1M112M=1M=1中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology1) c23 22221102121chchhsmchhhhc22221212021、h J/kg, kJ/kg2、 smhhhhc2120222中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology2) 3 适用于任何气体2022hhc恒

11、定的理想气体适用于ppcTTc 2202012TTR10200112ppvpRcp1100ppTTRTpvc2 p2 /p002002,ppvpfc022ppfc 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technologyp2/p0 c202021pppp即C2,max 2220Avp02pp1000112ppvpcccrcr002cpmax202,0ccpp时000max, 21212RTvpca)b)c)pcr/p00ppcr中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3) 3 0

12、pprccr)(1 121000kkcrcrppvpkkccrcrcrcrvkpcckkcrcrcrcrppvpvpTT10000)(10)12(kkcrkpp k=1.4 =0.528 k=1.3 =0.546 k=1.135 =0.577中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3 结论：中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology4) 3 xmmm.21.constxxxxxxcfvcfmx x 12M=1M=1M1M1M112222vcfm crcrcrvcfm

13、 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3 222vcfm 102002112ppvpc2002ppvv10210200212ppppvpfm 12中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology10210200212ppppvpfm 3 a)02002,ppvpAfm02002,ppfmvpA确定后在中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3 b) p2/p0对流量对流量m的影响分析的影响分析p2/p0

14、=10 , 02cm p2/p0=00m 10210200212ppppvpfm p，mmaxm0cb0/ ppc02/ ppa1.0 02dpmd 102)12(pp0p2/p01p2/p0m 2ccrp1) 12102002112ppvpc中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 渐缩喷管流量实验曲线渐缩喷管流量实验曲线 （ p1=1bar t1=20）pb/p13.0kg/s2.52.01.51.00.50.0310m理论曲线实验测量曲线cr

15、中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology0, 0:1202mcppmcppppvcr,:120202max2202,:mmccppppcrcr max2202,:mmccppcr3 2) mmaxm0cb0/ ppc02/ ppa1.0M=1M=1M1M1M112中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 缩放喷管流量实验曲线缩放喷管流量实验曲线 （p1=1bar t1=20）pb/p

16、13.0kg/s2.52.01.51.00.50.0310m理论曲线实验测量曲线中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technologyn背压背压 pb a）12cr22Maccppppbcrb12cr22Maccppppcrcrb b）流体力学研究范围crbpp 11 ; ;2cr22MaMaccccppppppcrbcrcrb喉喉喉3 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technolo

17、gycrbcrbpppppAB2:完全膨胀crbcrbpppppAC2:完全膨胀bcrcrbpppppACD2:膨胀不足中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology5) 喷管计算喷管计算1)2)3 bpkTp、00crbpp0)(crbpp bpp 2crbpp0)(crbpp 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology5) 喷管计算喷管计算 p2、m3 ApkTp

18、b、00若若若若22021122()2()chhchh1ppbcrcr;2crpp skgvfcm/;2bpp 中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology例题例题 9-13 空气进入喷管温度为 450K ，压力为0.5MPa，速度300 m/s ，而出口背压pb=0.28MPa，试确定1）喷管形状；2）出口截面气流压力； 3) 出口截面气流速度。 假设 cp=1004J/(kgK)，Rg=287J/(kgK).）由于）由于c c1 1=300m/s=300m/s，所以应采用滞止参数，所以应采用滞止参数2f1012chh22f101

19、(300m/s)450K494.82K22 1004J/(kg K)pcTTc1.411.4 10011494.82K0.5MPa0.697MPa450KTppT中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology3 000.528 0.697MPa0.368MPacrcrcrcrpppp）确定形状）确定形状0.28MPabcrpp所以采用缩放喷管所以采用缩放喷管注：若不考虑注：若不考虑c1，则，则 pcr= crp1=0.528 0.5MPa=0.264MPas13) p1p24) t1 t212ss12hh1212vvpp中国矿业大学中

20、国矿业大学China University of Mining and Technology6 n节流的温度效应节流的温度效应hJpTdpTvTvdTcdhpppphJcvTvTpT中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology6 0J0J0JhJpT因为：因为：12TT)(Tfh 12hh中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology6 dcbahhhhh22221中国矿业大学中国矿业大学China University of Mining and Technology6 在一定焓值范围内，定焓在一定焓值范围内，定焓线都有一个温度极值点：线都有一个温度极值点：0JhJpT定焓线定焓线的斜率的斜率