8章-气体和蒸汽的流动解析课件

1、第7章 气体和蒸汽的流动 第一节 喷管和扩压管的截面变化规律 第二节 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量 第三节 气体和蒸汽的绝热节流7.1 喷管和扩压管的截面变化规律可逆流动应满足：连续性方程、可逆流动方程、可逆绝热方程、音速方程 一、气流流通截面变化率方程1、按连续性方程得出截面变化率方程假定气体作一元稳定、可逆、绝热流动，则： Q=0；Ws=0气流流通截面变化率方程任意工质、任意过程对于喷管：对于扩压管：2、比体积变化率与流速变化率之比音速方程 气体 、蒸汽适用理想气体、可逆绝热过程水蒸汽、可逆绝热过程取经验数据k=1.3 过热蒸汽k=1.135 饱和蒸汽适用于理想气体和蒸汽的音速方程马

2、赫数Ma：工质流速与当地音速之比Ma1，超音速流动Ma=1，临界流动Ma1，亚音速流动 判断流态：可逆流动方程可逆绝热方程气体和蒸汽的可逆绝热流动以马赫数表述的气流流通截面变化率方程 气体作一元稳定、可逆、绝热流动应满足：四个方程 连续性方程、可逆流动方程、可逆绝热方程、音速方程1、连续性方程2、可逆流动方程3、可逆绝热方程4、音速方程图8-1 喷管截面形状Ma1二、喷管截面的变化规律1、当喷管的进口流速为亚音速， Ma2-1为负值，喷管是渐缩型的。2、当喷管的进口流速为超音速，Ma2-1为正值，喷管是渐放型的。3、当气流由亚音速增加到超音速喷管应是缩放型的。该喷管又称为拉伐尔喷管，最小截面处

3、的流动为临界流动。M1M1Ma=1渐缩喷管不能获得超音速气流三、扩压管的截面变化规律 1、当扩压管的进口流速为亚音速，扩压管是渐放型的。 2、当扩压管的进口流速为超音速，扩压管是渐缩型的。 3、当气流由超音速减到亚音时，扩压管应是缩放型的。最小截面处的流动为临界流动。Ma1Ma1Ma1图8-2 扩压管截面形状 Ma1Ma1一、流速 将开口系统稳定流动能量方程应用于喷管： 7.2 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量 焓值单位为J/kg，速度单位为m/s；该式适用于任意工质的任意绝热过程。对于理想气体 适用于理想气体的可逆或不可逆绝热过程。 如为理想气体可逆绝热流动： 适用于理想气体的可逆绝热过程

4、当 p2 / p1 = 0，即出口处为真空时，出口流速达到最大当 p2 / p1 = 1时，即进出口没有压差时，流速为零。理想气体绝热过程二、临界速度和临界压力比 沿喷管的可逆绝热流动中，气流速度等于当地音速的截面称为“临界截面”。临界截面上的温度、压力、速度分别称为临界温度、临界压力、临界速度。Tcr 、 Pcr 、 Wg,cr临界压力与进口压力之比称为“临界压力比” 临界压力比 cr 仅与气体的种类有关，适用于理想气体和水蒸汽。水蒸汽的k值取经验数值。单原子气体 k=1.67 cr 0.487双原子气体 k=1.40 cr 0.528三原子气体 k=1.30 cr 0.546过热水蒸汽 k

5、=1.30 cr 0.546饱和水蒸汽 k=1.135 cr 0.577 cr物理含义：气流的压力下降多少时，流速恰好等于当地音速。它还是判定流动特征的参数。 p2 / p1 c r , 则Ma 1，亚音速流动 p2 / p1 1，超音速流动 根据临界压力比公式可求临界速度三、渐缩喷管在非设计工况下的工作设计工况： P2=Pcr1.背压 出口膨胀波：2.背压 出口雍塞：非设计工况：四、质量流量（一元稳定流动）1、对于渐缩喷管：出口截面为最小截面理想气体讨论： 1、当 p2 / p1 = 1，质量流量为零，流不动，如图中点A。 2、当 p2 / p1下降时，质量流量增加，当压力比达到临界压力比时

6、，质量流量达到最大值。如图中点B。3、当p2 / p1 再下降时，尽管从力学条件上气流可达到超音速，对于渐缩喷管而言，其几何形状限制了气流的膨胀。出口截面上的压力仍为pcr ，流量为最大流量。实际按BC变化。BC图8-3 流量随 p2 / p1的变化曲线cr0p2 / p111/ 2A2、对于缩放喷管：临界截面为最小截面对于理想气体，由临界压力比及绝热过程方程得： 由于缩放喷管在喉口处已达到临界状态，质量流量始终保持最大流量不变。例8-1 废气涡轮中渐缩喷管出口截面积A2=200cm2，背压P2=0.11MPa，喷管入口燃气压力P1=0.2MPa，温度t1=400C，燃气具有空气性质，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。解 首先判断背压是大于还是小于临界压力：背压大于临界压力，故 。例8-2 渐缩喷管出口截面积A2=3cm2，背压P2=0.5MPa，喷管入口空气压力P1=1MPa，温度t1=700C，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。解 首先判断背压是大于还是小于临界压力：背压小于临界压力，故 。2、实际气体： h = f(T,p),节流后温度变化不定。 T2 T1 ， “节流热效应”7.3 气体和蒸汽的绝热节流绝热节流：1、h1 = h2 2、p2 0 ,s2 s1