第章 气体和蒸汽的流动

第9章气体和蒸汽的流动基本要求：1．深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、超音速和临界流动的特点。2．对于工质无论是理想气体或蒸汽，都要熟练掌握渐缩、渐缩渐扩喷管的选型和出口参数、流量等的计算。理解扩压管的流动特点，会进行热力参数的计算。3．能应用有摩擦流动计算公式，进行喷管的热力计算。4．熟练掌握绝热节流的特性，参数的变化规律。基本知识点：9．1绝热流动的基本方程稳态稳流工质以恒定的流量连续不断地进出系统，系统内部及界面上各点工质的状态参数和宏观运动参数都保持一定，不随时间变化。二、连续性方程由稳态稳流特点，const而得：该式适用于任何工质可逆与不可逆过程三、绝热稳定流动能量方程对绝热、不作功、忽略位能的稳定流动过程得：说明：增速以降低本身储能为代价。五四、定熵淹过程方程锁派漫由可逆绝炭热过程方痒程路集=虫cons统t得：差五、音速党与马赫数滴音速：微锈小扰动在饱流体中的兆传播速度征。痛定义式想：艘咸注意：计压力波的份传播过程浓作定熵过遵程处理。保特别的贫，障驾对理想气罪体：馆只随绝对龄温度而变增另马赫数（完无因次量描）窑：流速与瓣当地音速肤的比值愈M轿>1扛，超音捉速德青M=1折闲淘临界音速腐M<1写递亚音城速萌畅9代．券2钩定熵流动欺的基本特佣性爱一、气体胖流速变化罢与状态参士数间的关上系摸对定熵过哀程，由铜dh=v学dp受，得到夹：包肃嫩絮乱适用于定煌熵流动过子程。猜分析她：疗1近。均气流速度圾增加泰(况dc>0秀)辫，必导致宅气体的压宜力下降海(亦dp<0驳)犹。喊2蜘。气体速膨度下降滤(温dc<0早)瓶，则将导背致气体压毅力的升高造(遵dp>0箭)嫩。小二、管道冈截面变化仙的规律齐联立落、连续性机方程、可祖逆绝热过魄程方程得到：分析：终对喷管：帆当自M<1之，因为染dc>0劣，则喷管佳截面缩小疤df<宝0格，称渐缩虏喷管。诸M>1赔的超音速赠气流时丽，泛精必须龙df>0圾称渐扩喷现管。们若：将除M<1的增大到辱M>1屋，则喷管详截面积由岁df<0偶转变为宋df>0母，称为渐烂缩渐扩喷忙管，称拉柱伐尔击(坛Lava哀l街)止喷管。钻称扁M=1惧而谅df=0过为喉部，司此处的截拉面称临界毙截面。子对扩压管陷反之。吓9孕．拉3起菌喷管中流悠速及流量冬计算甘定熵滞止浊参数闲将具有一线定速度的鄙气流在定塑熵条件下万扩压，使瞎其流速誓/南降低为零纤。由虫康绒应用等熵哪过程参数捐间的关系韵式得：誉姥蚁得爬袖二、喷管搭的出口流岁速练朵棚对理想气查体：眠对实际气盲体：妖三、临界猾压力比及吗临界流速鸡特别的对尺双原子气沫体：推四、流量席与临界流斩量kg/s宁五、喷管秆的计算铜喷管的设低计计抽算晶杏出发点：粥当流体流军过喷袄管缴恨，已知浇、包f条1)修当都棵芒嚼即津际爸盯采用渐缩给喷管。剥甚2讯）当检勉肢吧即降兆配柏采用缩扩弃喷管。炉渐缩喷管挤的校和计尚算踪当流体流火过渐缩喷学管腹疲，已知教、混f疼1)稍当与娘伙渠即雕执赌2毛）当闻康剃校即贺竿喷管的最内大流虑量没它裹kg/s起水蒸汽流辽速、流量商的计算：例题精要洗例窑1健：压力为晃30ba泊r尊，温度旗为酷45阀0邪℃督的蒸汽经捡节流降为吨5bar惨，然后定万熵膨胀至属0.1b蚂ar势，求绝热抛节流后蒸田汽温度变堆为多少度早？熵变了赵多少？由别于节流，百技术功损搞失了多少历？向解开：由初压仇p旺1稳=30b亩ar势，梨t陆1涉=隔45政0边℃胀在水蒸气桑的吸h粉-套s狼图（图旱9.1研）上定出飞点堡1哭，查得收h浆1设=335扯0kJ/国kg近s甲1造=7.1职kJ/(胳kg洞·挪K)就因绝热节奔流前、后言焓相等，营故由首h间1丙=电h艺2咳及煌p犯2穴可求节流治后的蒸汽找状态否点献2妈，查得胀t塔2粪=孤44屠0早℃盛；某蝶持s太2它=7.4摸9kJ/量(kg绘·交K)叫因此，节摸流前后熵立变量为临Δ疯s组=蒙s汪2秃-谎s谊1齿=7.9考4厌－苹7.1=掩0圾.84k骡J/(k串g急·未K)借Δ疑s环＞疗0军，可见绝窝热节流过孤程是个不煎可逆过程附。若节流吧流汽定熵晒膨胀至脖0.1b密ar郊，由涨=225南0握kJ/k坛g逮，可作技轮术功为榨若节流后邮的蒸汽定放熵膨胀至艳相同压力削0.1b傻ar撕，由图查董得贿=251抹2意kJ/k揉g肌，可作技剧术功为歇绝热节流句技术功变宿化量为神结果表明原，由于节丑流损失了完技术功。击9摘．呆4胡牌扩错减压瞒秆管庄已知：进景口参数、粱进口速度俘、出口速祝度，求出口口压力得：壮例透2徐狠竟空气流经脸一断面为挤0.1m龙2槐的等截面篇管道，且预在粗点霞1奔处测得迹c跌1镜=100舰m/s今、舌p弹1脂=1.5册bar蓬、银t霉1已=100辈℃仍；在询点厕2梯测得踩p迟2滴=1.4黎bar复。若流动焰是无摩擦份的，求：完（飞1情）质量流兆量；捎（星2婚）区点副2戚处的流速盾c丛2甜和温运度湿T绑2孕；捡（动3奔）满点飞1面和禽点互2活之间的传则热量。若俗流动是有尸摩擦的，币计算：赤（忌1本）质量流述量；秃（繁2表）渐点弱2凝处的流速引c摄2日和温度利t感2茶；蛾（登3栋）管壁的责摩擦阻力燃。咸解陪和怨对于无摩跪擦的绝热兵流动：槐（鞭1恼）空气的冒质量流量透可由连续今性方程和平气体特性掩方程求得嫌：浑kg/呆s奇(潜2盈)金点乡2攻处的流速武可由动量轿守恒并在挡无摩擦的梳情况下求摇得：m/s张(我3)洞点况1侮和荡点响2束的热量变她化可由能赤量方程求沈得：劝在流动过梦程摧中容W造12枪=0∴档=田3290势钥kJ浸对于有摩如擦的绝热咬流动：母（辫1香）质量流宽量同前，熊即恶m=14危.012鼻kg/s格（适2叨）覆点爬2属处的流速蒜和温度可饱由能量方绝程和状态秒方程求得解因为是绝蝴热流动，音所以炒Q敲12曾=0固，Ｗ娃12冶＝崭0签代入上式村得：m/sK驳(鸡3)冠管壁摩擦也阻力由动链量方程得骑：米因役f仁1倚=f架2鉴，故缓9为．岔5月具有摩擦属的流动便定义速度捷系数：嚷喷管效率唇：辰得到：铜例茄3幕：粒已知气体姥燃烧产物见的纹c微p聋=1.0估89kJ残/kg许·蹈K怠和订k痒=1.3溜6包，并以流巨量浴m天=45k筒g/s特流经一喷垦管，进口批p掩1困=励1尿bar爷、须T思1己=110坊0懂K望、政c鸟1止=180绿0m/s补。喷管出瓣口气体的府压力言p屑2轮=0.3容43ba森r饶，喷管的刮流量系数已c展d毅=精0走.捷9丙6迟；喷管效富率为哥=0蜓.钱8愁8乐。求合适派的喉部截夹面积、喷举管出口的烛截面积和卧出口温度捕。解：参半看图歌9.2煮所示。颠已知：真c袖d圾=0.9匠6糖，洽=0系.世8粥8后，钥k愿=1.3镰6腐假定气体麻为理想气资体，则：泼应用等熵堆过程参数距间的关系收式得：算喷管出口泥状态参数竖也可根据邮等熵过程广参数之间腔的关系求求得：著即眨：亚坛订即喷管出瘦口截面处突气体的温痕度为友828.立67K冻。认因为喷管小效率天=0葱.诸88母所原以卖递喷管出口则处气体的窃温俯度阿恳=861榴K胁喷管出口绍处气体的容密度填：势到悄由佩R酿=287星J/乐kg隆·迟Kkg/m障由质量流熊量品仅出口截面师积：霸m讲2浮喉部截面谊处的温度趁（候部的苍参数为临胁界参数）誉：∴bar乱喉部截面秋处的密度肾：蜓=0拿.浓2077膜kg/食m嫁2功喉部截面病处的流速龟：戚=参608上.理8尸m/s脊流量系数欢c缝c京=0.9年6倦求得喷管加喉部截面琴m醒2烂9截．液6议郑绝热节流麻定义：气垄体在管道宜中流过突丛然缩小的血截面，而无又未及与皂外界进行铸热量交换择的过程。巩特点：含绝热节流剧过程的焓理相等，但维绝不是等塑焓过程。纳因为在缩粒孔附近，躲由于流速罩增加，焓始是下降的逆，流体在签通过缩孔晴时动能增怎加，压力疤下降并产笼生强烈扰茶动和摩擦骑。扰动和版摩擦的不灭可逆性，萌使节流后哑的压力却午不能回复砖到与节流戴前窝绝热节流涨前后状态惕参数的变住化：踪对理想气挎体：夕宵、锄、弃、杯、漫例抛4尚汪祥压力铁p明1栗=15b吵ar黑、温度爆t孝1蛋=250夕℃惧、质量流圈量妥m沿1夹=1.5导kg/链s李的水蒸气蓄经阀门被镇节流到馒p暂1锦′背=7ba纪r咸。然后与臭m哭2畜=3.6忍kg/s税,p仍2瞎=药7bar坊、犹x丙2滴=0.9座7糠的湿蒸汽竿混合。试改确定：态（悦1毫）水蒸气阵混合物的到状态；江（等2存）若节流跨前水蒸气有的流速炊c权1洋=18m季/s舟，输送该柔蒸汽的管窃路内径为标多少？钳解孤（退1蛛）水蒸气穷混合物的助状态尼据冬p鼓1哑=15b骂ar标、屡t娘1栏=250嫂℃夏,荣查弄h-s秀图可知蒸蜻汽为过热惜状态，且法h魔1标=292补8kJ/唐kg圆，羞v巩1岛=0.1尼5m笋3扰/kg集。有按绝热节窗流过程基扬本特性，搜节流前的蜓焓和节流夹后的焓相管等，即织kJ/k慨g欲混合前过斤热蒸汽的闷总焓kJ吊据恐p蝶2妻=7ba另r霞、身x刊2象=0.9路7绢，必查钩h-s鲜图得知kJ/k尖g蛛混合前湿胸蒸汽的总任焓kJ神蒸汽混合含物的质量kg甜蒸汽混合重物的总焓kJ流蒸汽混合传物的比焓冷kJ/k芹g辈据蒸汽混窝合物的状扩态参数滑p=7b雅ar淘、唉h=27董72.7竟kJ/k污g炸，执查诱h-s爷图可得蒸揉汽混合物诚处于干饱殖和蒸汽状嫁态。戚（膨2寻）管路内裤径验据连续性堪方程得春m交=12揉.咬6帽cm樱重点、难斯点纷1栽．喷管和冒扩压管截乔面变化与挥速度、压烛力变化的天关系。踢2倾．喷管的胡选型与临泳界截面的冰关系。季3崭．有摩擦虹流动时，斗喷管的流艺动特点及斧热力参数脏的计算。税购睬思考题凳1裁．对提高接气流速起薪主要作用率的是喷管元的形状，戒还是气体张本身的状瓦态变化？呼2浆．为什么词渐扩形管题道在一定逮条件下能棕使气流加波速？对液乎体能否？清3呼．为什么盖气体在渐织缩喷管只秘能膨胀到烂临界状态娇？草4播．喷管的曲临界状态债有哪些特扶性？什么核是最大流粱量？如何击确定？什皆么是临界诉压力比？始它和什么葛因素有关识？有何用夸处？惕5雨．一个缩答放喷管，肯原来在设裤计工况下屠工作。如本其他情况途不变，只谦把初压扁p养1独提高，流症动情况将看有什么变丧化？渐缩普喷管呢？兵6访．喷管出挡口截面积傻、喷管最残大流量是谱由哪些因灾素决定的彼？则7杰．若可压袄缩流体流如经无摩擦胞喷管对外区散热，试昨向下式是畏否成立扩8安．请说明欲下列说法静是否正确据：荣（剧1距）流体流谈动速度愈宋快，则弱阳扰动在该渡流体中的严传播速度最也愈快？绞（咽2红）气体在抵变截面管粪内定熵流湾动，气流绕的最小截吩面即为临纠界截面。增9董．昂