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大学课程《热工基础及流体力学(第二版)》PPT课件:第五章气体和蒸气的流动.pptx

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第五章气体和蒸汽的流动

第一节稳定流动基本方程

一、连续性方程

微元稳定流动过程

稳定:参数不随时间变化

绝热:流动快,换热少

一维:流动方向

可逆:不计摩擦

流体质量守恒定律的数学表达形式

注意:上述公式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳定流动

二、能量方程

注意:上述公式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳定流动

?

三、过程方程(可逆绝热过程)

水蒸气

是纯粹经验值

注意:以上公式只适用于理想气体定比热容可逆绝热流动过程,

也可用于表示变比热容的理想气体绝热过程。

四、音速和马赫数

音速:微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度

马赫数

亚音速

音速

超音速

注意:音速是状态参数,指定状态下的音速,称为当地音速。

一、流速变化与状态参数的关系

第二节喷管和扩压管中的流动特性

h=f(T)

理想气体:

注意:上述结论同样适用于水蒸汽

在管道中的可逆绝热流动

二、管道截面积变化规律

对于喷管或扩压管,管道截面的增大或减小取决于入口状态下的马赫数。

A的变化

?

对喷管,dc0

①入口亚声速流动。Ma1,则Ma2–10,应采用渐缩喷管,即截面积沿流动方向逐渐减小,dA0

②入口超声速流动。Ma1,则M2–10,应采用渐扩喷管,即截面积沿流动方向逐渐增大,dA0

③如进口马赫数Ma1,而要求出口马赫数Ma1,则应当采用缩放喷管(拉伐尔喷管)

对扩压管,dc0

②入口超声速流动。Ma1,则Ma2–10,应采用渐缩扩压管,即截面积沿流动方向逐渐减小,dA0

①入口亚声速流动。Ma1,则Ma2–10,应采用渐扩扩压管,即截面积沿流动方向逐渐增大,dA0

③如进口马赫数Ma1,而要求出口马赫数Ma1,则应当采用缩放扩压管

注意:确定某一管道是喷管或扩压管并不取决于管道的形状,而

是由管道内工质状态的变化所决定的。

本节中只介绍初速忽略(c1≈0)的喷管计算。

一、设计计算

第三节喷管的计算

p1,v1,T1

背压pb

质量流量

喷管形状

几何尺寸

初参数

(一)外型选择

采用渐缩喷管

采用缩放喷管

单原子的理想气体:=1.67,c=0.468

双原子的理想气体:=1.4,c=0.528

多原子理想气体:=1.3,c=0.546

过热蒸汽:=1.3,c=0.546

干饱和蒸汽:=1.135,c=0.577

?

前提:p2=pb

(二)流速的计算

c1≈0

1、气体在喷管内流动

参数确定:

同理:

2、水蒸气在喷管内流动

h1h2hcr确定:

(三)出口截面积和喉部截面积计算

A1—往往已由其他因素确定

v2和vcr的确定

理想气体:理想气体状态方程和状态参数之间的关系式

水蒸气:h-s图

二、渐缩喷管校核计算

p1,v1,T1

背压pb

喷管尺寸

出口流速c2

质量流量

初参数

(一)确定出口压力p2

p2=pb

p2=pcr

(二)速度计算

同设计计算

(三)流量计算

参数确定同设计计算

第四节绝热节流

节流:流体在管内流经阀门或其它流通截面积突然缩小的流道后,造成流体压力下降的现象

h1=h2

温度变化

理想气体

水蒸气

t1=t2

t1=t2

t1t2

t1t2

注意:节流过程不是定焓过程

零效应

热效应

冷效应

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