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
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
据
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
据
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