《工程热力学》 课件 第七章气体流动

第七章气体流动教学目的和要求：理解气体流动热力学分析的基本方法

掌握气体流动特性和计算方法、熟练运用热力学基本原理分析实际流动问题。掌握喷管（扩压管）的流动特性及计算及设计方法理解喷管效率、绝热滞止、绝热节流以及合流的分析

和计算的方法连续性方程稳定流动能量方程绝热流动定熵过程方程式理想气体声速方程§7－3喷管的计算喷管的设计计算已知进口参数、出口背压、流量,选择喷管形状及几何尺寸喷管校核计算喷管形状及尺寸已定，当工作条件变化，校核喷管是否适用喷管计算主要计算：喷管出口流速、喷管流量§7－3喷管的计算喷管流动特征：绝热、进出口位能变化可以忽略、无功一、喷管出口流速计算1、流速计算公式能量方程：喷管流动能量方程：§7－3喷管的计算一、喷管出口流速计算1、流速计算公式脚标1：入口参数脚标2：出口参数脚标0：滞止参数，流速为0的状态适用任何过程、任何工质§7－3喷管的计算一、喷管出口流速计算1、流速计算公式理想气体的喷管流动可逆绝热流动§7－3喷管的计算一、喷管出口流速计算2、状态参数对流速的影响出口流速取决于进出口状态当进口状态一定时，出口流速取决于进出口压比实际上达不到§7－3喷管的计算一、喷管出口流速计算3、临界压力比M=1的流动状态为临界状态临界状态亚音速流动向超音速流动的转折点临界状态参数临界流速当地声速§7－3喷管的计算一、喷管出口流速计算3、临界压力比临界压力比计算分析管道流动的重要参数临界压比只与工质性质有关临界流速临界流速只与进口状态有关§7－3喷管的计算二、喷管流量计算喷管流动为稳定流动流量与进出口状态的关系§7－3喷管的计算二、喷管流量计算流量与进出口状态的关系一定时仅随变化临界状态§7－3喷管的计算计算时，通常是已知参数

是喷管出口处的背压

是喷管出口截面的压力需根据喷管形式、出口背压确定§7－3喷管的计算的确定原则：气体在喷管中充分膨胀降压渐缩喷管

亚音速流动

出口为临界状态

出口为亚音速状态

缩放喷管

出口为超音速状态

§7－3喷管的计算三、喷管外形选择和尺寸计算1、喷管外形选择喷管设计设计流量根据工作条件，选择喷管外形按照给定流量，计算截面尺寸喷管设计要求：保证气流充分膨胀、减少不可逆损失工作条件入口状态出口背压§7－3喷管的计算三、喷管外形选择和尺寸计算1、喷管外形选择设计流量工作条件入口状态出口背压入口状态滞止状态选用渐缩喷管选用缩放喷管§7－3喷管的计算三、喷管外形选择和尺寸计算2、尺寸计算尺寸计算缩放喷管渐缩喷管渐缩喷管缩放喷管过短：气流扩张快，扰动增加过长：避免摩擦损失大初态为1MPa、温度为27℃的空气，以100m/s的速度进入喷管，通过喷管进入0.3MPa的空间。求出口流速、流量。解：1、入口状态换算已知2、确定p2渐缩喷管缩放喷管初态为1MPa、温度为27℃的空气，以100m/s的速度进入喷管，通过喷管进入0.3MPa的空间。出口面积10cm2求出口流速、流量。3、流速、流量计算渐缩喷管临界状态0.528初态为1MPa、温度为27℃的空气，以100m/s的速度进入喷管，通过喷管进入0.3MPa的空间。出口面积10cm2求出口流速、流量。3、流速、流量计算缩放喷管初态为0.3MPa、温度为100℃的空气，经喷管射入压力为0.1MPa的空间。应采用何种喷管？空气流量为4kg/s，求出口流速、出口面积、最小截面积。解：1、确定p2根据喷管设计的要求，保证气体在喷管中充分膨胀已知2、选择喷管选用缩放喷管解：已知3、喷管出口状态4、出口流速解：已知5、截面积1）出口截面积2）最小截面积§7－4背压变化时喷管内流动过程简析正常工作条件一、渐缩喷管喷管尺寸一定，背压变化出口为临界状态出口为临界状态，，流出喷管后继续膨胀降压§7－4背压变化时喷管内流动过程简析缩放喷管尺寸二、缩放喷管设计工况背压变化喷管内流动不变流出喷管后继续膨胀降压在管内可以出现过度膨胀接着会出现压力跃升§7－5有摩阻的绝热流动喷管流动是绝热膨胀流动Tspv稳定流动能量方程适用于任何过程§7－5有摩阻的绝热流动稳定流动能量方程摩阻能量耗散动能转化热能出口温度提高出口动能减小速度系数摩阻对出口速度的影响能量损失系数§7－5有摩阻的绝热流动有摩阻时喷管流动的计算step1根据已知条件，按照可逆过程，求出出口状态2s的参数以及出口流速cf2sstep2求出h2、cf2step3根据h2、p2，求出实际出口状态2的参数例题已知：渐缩喷管，绝热流动环境温度求：喷管流量，作功能力损失解：1、入口状态换算2、出口压力3、可逆过程出口状态4、实际过程出口状态5、作功能力损失绝热流动过程不可逆绝热流动过程Ts§7－6绝热节流节流流体在管道中流过突然收缩的截面，由于流动阻力，产生压力降低的现象，这种现象称为节流。§7－6绝热节流绝热节流若节流过程中，不存在热交换，则称为绝热节流。节流过程是典型的不可逆过程，在孔口附近存在强烈的扰动和局部涡流。在接近孔口区域，流体处于强烈的不平衡状态。不平衡状态区域§7－6绝热节流能量方程绝热节流流动过程通常情况下，节流前后流速变化不大，可以忽略。绝热节流能量方程绝热节流前后焓相等节流过程不是等焓过程§7－6绝热节流节流过程是典型的不可逆过程节流效应实际气体在节流过程中，气体温度会随压降的情况发生变化可以升高、降低，也可以不变。焓的热力学普遍关系式：§7－6绝热节流节流效应焓的热力学普遍关系式：理想气体：理想气体节流前后§7－6绝热节流节流效应焓的热力学普遍关系式：实际气体：焓值不变的过程焦耳-汤姆逊系数节流的微分效应节流过程中，单位压降所引