工程热力学蒸汽的流动课件

第六章蒸汽的流动第一篇工程热力学106蒸汽的流动--宋长华第六章蒸汽的流动第一篇工程热力学106蒸汽的流动-新课引入

前面讨论的热力系中所实施的热力过程，一般都没有考虑工质流动状况(如流速)的改变。但在有些热力设备中，能量转换是在工质的流速和热力状态同时变化的热力过程中实现的。如蒸汽在汽轮机中喷管内的流动过程；气体在叶轮式压气机中扩压管内的流动过程等，其能量转换的规律需专门研究，为以后汽轮机专业课的学习奠定一定的理论基础知识。喷管：用来使气流降压增速的短管。扩压管：用来使气流降速增压的短管。206蒸汽的流动--宋长华新课引入前面讨论的热力系中所实施的热力过程，一般本章主要内容稳定流动基本方程式工质在喷管中的定熵流动喷管的计算绝热节流及其应用3本章主要内容稳定流动基本方程式36-1稳定流动的基本方程式稳定流动：流体在流经空间任何一点时，其全部参数（状态参数和运动参数）都不随时间而变化的流动过程。假设：流动中能量转换过程是可逆的，流动无摩擦，且绝热（即为定熵流动）。46-1稳定流动的基本方程式稳定流动：流体在流经空间任何一点分析流动过程所依据的基本方程式：①连续性方程式；②能量方程式；③过程方程式。5分析流动过程所依据的基本方程式：①连续性方程式；5一、连续性方程式：

根据质量守恒定律可知，在稳定流动过程中，通道内各截面处的质量流量相等，并且不随时间而变化，即

qm1=qm2=qm3=……=qm=定值适用于任何介质的稳定流动过程qm─流体的质量流量，kg/s；A─管道截面积，m2；v─流体的比体积，m3/kg；c─流体的平均流速，m/s.6一、连续性方程式：根据质量守恒定律可知，在稳定流动1）对于不可压缩流体（v1=v2），如液体等，流体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与流速c成反比，即

A1C1=A2C2=AC=常数2）对于气体等可压缩流体，流速的变化则取决于截面积和比体积的综合变化。分析：71）对于不可压缩流体（v1=v2），如液体等，流体速度的改变二、能量方程式：一般的管道流动中z1≈z2

，ws=0，又在绝热状态下，q=0，则可表示为：即：上式适用于绝热又不对外作功的稳定流动过程由稳流能量方程：8二、能量方程式：一般的管道流动中z1≈z2，ws=0，又微分形式：由热力学第一定律，对绝热过程有：则有：结论：①流速增加，必有压力下降；反之压力升高，必有流速降低。②压差是提高工质流速的必要条件，也是流体流动的动力。9微分形式：由热力学第一定律，对绝热过程有：则有：结论：①流气体在管道内进行的绝热流动过程，如果是可逆的，就是定熵流动过程。定熵过程方程式为：

pvk=定值

（k——绝热指数）对于理想气体，k＝cp/cv，当比热容取定值时，其大小与组成气体分子的原子数有关（如空气：k＝1.4）；三、过程方程式：对于水蒸气，k为一经验数据，其值为:

过热蒸汽：k=1.3干饱和蒸汽：k=1.135湿饱和蒸汽：k=1.035十0.1x

10气体在管道内进行的绝热流动过程，如果是可逆的，就是定熵流动过6-2工质在喷管中的定熵流动特征喷管——dc>0，dp<0

（热能→动能）喷管在工程中应用：如：①蒸汽在汽轮机的喷管中流动；②蒸汽在射汽式抽气器中的流动；③喷咀流量计等。扩压管——dp>0，dc<0（动能→热能）扩压管在工程中应用：如：①蒸汽在射汽式抽气器中的流动；②气体在叶轮式压气机中扩压管内的流动等。116-2工质在喷管中的定熵流动特征喷管——dc>0，dp<0射汽式抽气器工作原理图12射汽式抽气器工作原理图121.声速：由微弱扰动所引起的压力波在介质中的传播速度，用a表示。理想气体一、声速与马赫数：2.马赫数：当地声速：工质在某一状态下的声速。（声速是状态参数！）当Ma<1时（即c<a)——为亚声速流动；当Ma=1时（即c=a)——为声速流动；当Ma>1时（即c>a)——为超声速流动.Ma=c/a131.声速：由微弱扰动所引起的压力波在介质中的传播速度，用a表分析：（1）当Ma<1时，dc>0→dA<0，采用渐缩喷管；（2）当Ma>1时，dc>0→dA>0，采用渐扩喷管；（3）当Ma<1→Ma=1→Ma>1时，dA<0→dA=0→dA>0，采用前段渐缩和后段渐扩的组合喷管，称为缩放喷管（或拉伐尔喷管）。二、喷管截面积的变化规律：由绝热稳流的三个基本方程式可推得如下关系:管内流动的特征方程14分析：二、喷管截面积的变化规律：由绝热稳流的三个基本方程式可工程中常用的喷管型式为：渐缩喷管和缩放喷管15工程中常用的喷管型式为：渐缩喷管和缩放喷管15临界截面：临界参数：气流从亚声速转变为超声速的转折点，即Ma=1（c=a）处。pcr、vcr、hcr、ccr……渐缩喷管的降压增速能力：p2≥pcr，c2≤ccr缩放喷管的降压增速能力：p2<pcr，c2>ccr16临界截面：临界参数：气流从亚声速转变为超声速的转折点，即结论（1）在喷管中随着气体流速的增加，即dc＞0，气体的焓降低dh＜0、压力降低dp＜0、比体积增大dv＞0，而截面积可能增大，也可能减小，这与马赫数有关：Ma＜1时，dA＜0；

Ma＞1时，dA＞0。（2）热力工程中常用的喷管类型为渐缩喷管和缩放喷管。在渐缩喷管的出口处气体速度一般为亚声速，最高可达到声速；而缩放喷管的出口处气体速度一定为超声速。（3）扩压管内气体的流动特性与喷管刚好相反。

能否只根据一段管道的形状来判断其是作喷管用还是扩压管用？17结论（1）在喷管中随着气体流速的增加，即dc＞0，气喷管与扩压管的流动情况比较18喷管与扩压管的流动情况比较186-3喷管的计算一、流速计算：通常喷管进口流速和出口流速相比很小，取c1＝0，则出口流速为：根据绝热流动的能量方程式，对喷管有：1.出口流速（c2）：2.临界流速（ccr）：式中,h1、h2可根据p1、t1及p2在h-s图上查得196-3喷管的计算一、流速计算：通常喷管进口流速和出口流速相二、流量计算：根据稳定流动的连续性方程，可取任意截面来计算，通常取最小截面或出口截面的参数来计算。

上式中v2和vcr如何确定？20二、流量计算：根据稳定流动的连续性方程，可取任意截面来计算，三、喷管内有摩擦的绝热流动：由于流体存在粘性，往往不可避免地存在摩擦，所以气体在喷管中的实际流动过程是不可逆绝热过程，而不是定熵过程。（如图1-2′所示）有阻流动的特点：①s2′>s2②h2′>h2③c2′<c2

喷管速度系数：21三、喷管内有摩擦的绝热流动：由于流体存在粘性，往往不可避免地6-4绝热节流及其应用一、绝热节流的概念

流体流经阀门、孔板等装置时，由于局部阻力较大，使流体压力明显下降，称为节流现象。如果节流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。226-4绝热节流及其应用一、绝热节流的概念22二、节流过程的特点1、过程的基本特性：（2）绝热节流前后焓值相等。（1）节流过程是典型的不可逆过程；能否说“绝热节流过程是等焓过程”？23二、节流过程的特点1、过程的基本特性：（2）绝热节流前后焓值∆p<0,∆v>0,∆h=0,∆s>0,一般情况∆T<0

2、水蒸气绝热节流前后的参数变化：节流可使：湿蒸汽→干蒸汽→过热蒸汽24∆p<0,∆v>0,∆h=0,∆s>0,一3、绝热节流后蒸汽作功能力的变化：虽然蒸汽绝热节流后，焓不变，1kg蒸汽的总能量的数量没变，但其作功能力降低了。节流前汽轮机按1-2进行：

wt=h1-h2节流后汽轮机按1′-2′进行：

wt′=h1′-h2′由于h1=h1′及h2′>h2，则有

wt′<wt253、绝热节流后蒸汽作功能力的变化：虽然蒸汽绝热节流后，焓不变三、绝热节流的电厂中应用(1）利用节流降低工质的压力；利用调节阀的开度来调节气体的压力（如减压阀）.(2）利用节流测定蒸汽流量；利用流体经节流装置(孔板等)后压力下降的原理可测得流体的流量,如孔板流量计.(3）利用节流减少汽轮机汽封漏汽；汽轮机的齿形汽封系统中利用节流减压原理可减少漏汽量.(4）利用节流调节汽轮机功率；通过调节汽轮机调速汽门的开