气体的流动双语

气体的流动双语第1页，共31页，2023年，2月20日，星期五8.1声速与马赫数VelocityofSoundandMachNumber1.VelocityofSound(orSonicVelocity)(声速)Itisthevelocityatwhichinfinitesimallysmallpressurewavetravelsthroughamedium.

ForadiabaticprocessForIdealGas(对于理想气体)

第2页，共31页，2023年，2月20日，星期五2.Machnumber(马赫数)定义：流体某一点的运动速度和该点当地声速之比,以M表示

Definition:TheMachnumber,M,istheratiooftheflowspeed,c,tothevelocityofsoundinthesamefluidatthesamestate.ItisdenotedasM.

Varietiesofflow(流动的种类)

M<1

subsonicflow(亚声速流)

M=1

sonicflow(声速流)transonicflow(临界流)M>1

supersonicflow(超声速流)

M>>1hypersonic

第3页，共31页，2023年，2月20日，星期五8.2一维定熵稳定流动）OnedimensionalIsentropicSteadyFlowPhysicalProblem（物理问题）

Gassteadyflow

气体的稳定流动(2)Theflowinshortductwithvariablecross-sectionalarea

变截面短管中的流动(3)Theprocessisisentropic,thatis,reversibleadiabaticprocess

可逆绝热的流动过程，即定熵流动第4页，共31页，2023年，2月20日，星期五2.MathematicalModel(数学模型）

Forflowinductwithvariablecross-sectionalarea,itisnecessarytousedifferentialequationstorevealtherelationshipsbetween

ConservationEquationofMass(质量守恒方程）ConservationEquationofEnergy(能量守恒方程）EquationofState(状态方程)ForIdealGas(对理想气体）

ForRealGas(对实际气体)ProcessEquation(过程方程）EquationofEntropy(熵方程）

第5页，共31页，2023年，2月20日，星期五(1)ContinuityEquation(连续性方程）Ifthen,c,mustbeadopted;Ifthen,c,mustbeadopted;(A)第6页，共31页，2023年，2月20日，星期五Forincompressiblefluid

,(2).EnergyEquation(能量方程),000第7页，共31页，2023年，2月20日，星期五Forreversibleprocess(可逆过程)Ifthen;

Ifthen;(3)ProcessEquationForidealgas(对理想气体)Forrealgas,kisanempiricalconstant.(对实际气体来说,k是经验常数)(B)如果

变大（

>0),则p必减少(dp<0);

如果

变小（

<0),则p必变小(dp>0).

第8页，共31页，2023年，2月20日，星期五(C)Eq.(B)×FromEq.(C)第9页，共31页，2023年，2月20日，星期五(D)SubstituteEq.(D)intoEq.(A)SupersonicregionSubsonicregion第10页，共31页，2023年，2月20日，星期五

(1)喷管内参数的变化情况:dc>0,dp<0Toacceleratetheflow,aconvergingnozzlemustbeusedatsubsonicvelocities;

当来流速度是亚音速时,截面做成渐缩形thehighestvelocitycanbeachievedbyconvergingnozzleissonicvelocity.

渐缩喷管最多可使流速达到音速

adivergingnozzlemustbeusedatsupersonicvelocities

当来流速度是超音速时,截面做成渐扩形aconverging-divergingnozzlemustbeusedtoacceleratefluidfromsubsonictosupersonicvelocity.

当要求气流从亚音速变成超音速时,截面做成缩放形Summary(小结)喷管(Nozzle):流体流经管道,压力降低,速度升高的管道.

扩压管:流体流经管道,速度降低,压力升高的管道

第11页，共31页，2023年，2月20日，星期五2第12页，共31页，2023年，2月20日，星期五

(2)扩压管内参数的变化:dc<0,dp>0

当来流是亚音速时,截面做成渐扩形;

当来流是超音速时,截面做成渐缩形.第13页，共31页，2023年，2月20日，星期五3.喷管中的定熵稳定流动Isentropicsteadyflowthroughnozzles渐缩喷管中流动的特点Characteristicsofflowthroughconvergingnozzle

If,therewillbenoflowthroughthenozzle;As,also,and,,but;continues,,asitreachessonicflow.If,continues,,.

p1

pb第14页，共31页，2023年，2月20日，星期五(2)拉伐尔喷管中的流动特征CharacteristicofFlowthroughconverging-divergingnozzle第15页，共31页，2023年，2月20日，星期五8.3喷管的计算

Calculationonthevelocitythroughnozzle

Supposethatoursteadyflowcontrolvolumeisasetofstreamlinesdescribingtheflowuptothenoseofabluntobject.1.滞止参数StagnationProperties

定义:气体速度为零时的状态称为滞止状态,该状态的参

数称为滞止参数.第16页，共31页，2023年，2月20日，星期五

Thestreamlinesarestationaryinspace,sothereisnoexternalworkdoneonthefluidasitflows.Ifthereisalsonoheattransferredtotheflow(adiabatic),thenthesteadyflowenergyequationbecomes

(1)滞止焓和滞止温度

StagnationEnthalpy

andStagnationTemperature

第17页，共31页，2023年，2月20日，星期五

Stagnationenthalpyrepresentstheenthalpyofafluidwhenitisbroughttorestadiabatically.

.

Stagnationtemperatureisthetemperaturethatthefluidwouldreachifitwerebroughttozerospeedbyasteady,adiabaticprocesswithnoexternalwork.Notethatforanysteady,adiabaticflowwithnoexternalwork,thestagnationtemperatureisconstant第18页，共31页，2023年，2月20日，星期五(2)滞止压力和滞止比容StagnationPressureandStagnationVolumeNotethatforareversibleadiabaticprocess

第19页，共31页，2023年，2月20日，星期五2.气体流速的计算与分析CalculationandAnalysisonflowVelocity

(1).CaluclationEquation(计算式)

ForIsentropicflow(对于定熵流动)

第20页，共31页，2023年，2月20日，星期五当时,

,无流动现象发生；当减小时,变大。

当趋于0时

(2).Analysis(分析)

第21页，共31页，2023年，2月20日，星期五3.临界流速与临界压力Criticalvelocityandcriticalpressure临界截面:M=1的截面.

临界压力比:临界压力与滞止压力之比,以表示,其中

常用的值:

双原子理想气体:

三原子理想气体:

过饱和水蒸气:

干饱和水蒸气:

第22页，共31页，2023年，2月20日，星期五

临界流速的计算式:

4.流量的计算与分析

(1)渐缩喷管:

变化曲线如图示:

由图可以看出,随着

的减小,质量流量先是增大;

当

=

时,质量流量达到最大.2)缩放喷管

流体由渐缩管出来后,经渐

扩管可继续进一步的膨胀,加速,出口压力可降至

以下

第23页，共31页，2023年，2月20日，星期五5.喷管的设计与校核计算

设计计算:

已知条件:气体的种类,气体的初态参数,背压和气体的质量流量.

原则:

喷管的外形和尺寸应符合气流定熵膨胀时所需的截面积变化,以保证气流充分膨胀,使出口压力能降到,达到使气流的技术功充分转化为动能的目的

第24页，共31页，2023年，2月20日，星期五

设计步骤:

A.选择外形;

根据背压的高低选择适当形状的喷管:

当时,选择渐缩喷管;

当时,选择缩放喷管

第25页，共31页，2023年，2月20日，星期五渐缩喷管:需计算出口截面积

缩放喷管:需计算

B.出口流速的计算对渐缩喷管:对缩放喷管,喉部流速:第26页，共31页，2023年，2月20日，星期五

C.出口截面积计算渐缩喷管:需计算出口截面积

缩放喷管:需计算的确定依据经验,通常

故:

第27页，共31页，2023年，2月20日，星期五

(2)校核计算

已知条件:给定喷管的