工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)氣體的流動ppt課件

1、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)第五章第五章 氣體的流動氣體的流動1、掌握定熵穩(wěn)定流動的根本方程；2、了解促使流速改動的力學(xué)條件和幾何條件的根本涵義；3、掌握噴管中氣體流速、流量的計算，會進展噴管外形的選擇和尺寸的計算；4、掌握滯止焓、臨界參數(shù)等根本概念和相關(guān)計算。研討內(nèi)容：研討內(nèi)容：主要研討流體流過變截面短管噴管和擴壓管時，其熱力形狀、流速與截面積之間的變化規(guī)律。根本要求根本要求簡化 1.系統(tǒng)：穩(wěn)定流動 2.一元維 3. 絕熱、可逆 4.比熱為定值5-1 一元穩(wěn)定流動的根本方程 一元穩(wěn)定流動是指流體的一切參數(shù)僅沿一個方向如管道的長度方向變化，且流動過程不隨時間而變化。

2、 本章討論的氣體流動僅限于一元穩(wěn)定流動1.延續(xù)性方程222111vcAvcA常數(shù)ivcAii 對于穩(wěn)定流動，流過流道任對于穩(wěn)定流動，流過流道任何一個截面的流量必定相等。何一個截面的流量必定相等。skgkgmsmm32?適用范圍：適用范圍： 在推導(dǎo)過程中沒有參與任何限制性條件，在推導(dǎo)過程中沒有參與任何限制性條件，適用于：適用于：1.任何一元穩(wěn)定流動；任何一元穩(wěn)定流動；2.任何工質(zhì)；任何工質(zhì)；3.可逆與不可逆的過程?？赡媾c不可逆的過程。2.能量方程式能量方程式 根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程i12212212)()(21)(wzzgcchhq對于絕熱、不作軸功、忽略重力位能的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流情況

3、對于絕熱、不作軸功、忽略重力位能的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流情況可見，相對管道中的恣意兩個截面而言可見，相對管道中的恣意兩個截面而言假設(shè)氣流的焓假設(shè)氣流的焓 h，那么流速，那么流速c；反之，假設(shè)氣流的焓反之，假設(shè)氣流的焓h，那么流速，那么流速c 21222121cchh021122122hhcc適用范圍：適用范圍： 1.絕熱穩(wěn)定流動；2.任何工質(zhì)；3.可逆與不可逆的過程。3.3.過程方程式過程方程式 本章只討論絕熱流動，假設(shè)不思索摩擦，也就是定熵過程。本章只討論絕熱流動，假設(shè)不思索摩擦，也就是定熵過程。 對于定熵可逆絕熱流動過程對于定熵可逆絕熱流動過程 ，恣意兩截面上的，恣意兩截面上的p和和v應(yīng)滿應(yīng)滿足：足：k

4、kkpvvpvp2211過程方程過程方程 0dddvvccAA延續(xù)性方程延續(xù)性方程能量方程能量方程 小結(jié)小結(jié) 描寫機器穩(wěn)定的、不作功、可逆絕熱流動的描寫機器穩(wěn)定的、不作功、可逆絕熱流動的三個根本過程三個根本過程常數(shù)；ivcAii常數(shù)kPv21222121cchh0vdvpdp 工程上常有將氣流加速或加壓的要求。例如：工程上常有將氣流加速或加壓的要求。例如： 利用噴管將蒸汽流加速，激動汽輪機的葉輪作功；利用噴管將蒸汽流加速，激動汽輪機的葉輪作功； 噴氣式發(fā)動機那么利用噴管將氣流加速后噴出，產(chǎn)生宏大的反噴氣式發(fā)動機那么利用噴管將氣流加速后噴出，產(chǎn)生宏大的反作用力來推進安裝運動作用力來推進安裝運動

5、經(jīng)過擴壓管利用氣流的宏觀運動動能令氣流升壓經(jīng)過擴壓管利用氣流的宏觀運動動能令氣流升壓 氣流的這種加速或擴壓過程可以僅利用氣流的熱力學(xué)形狀或運氣流的這種加速或擴壓過程可以僅利用氣流的熱力學(xué)形狀或運動形狀變化來實現(xiàn)，無需借助其它機械設(shè)備動形狀變化來實現(xiàn)，無需借助其它機械設(shè)備 5.2 促使流速改動的條件促使流速改動的條件 1. 力學(xué)條件力學(xué)條件 要使工質(zhì)產(chǎn)生流動必需有壓差，即對工質(zhì)有推進力要使工質(zhì)產(chǎn)生流動必需有壓差，即對工質(zhì)有推進力作用，工質(zhì)才干流動。促進流速變化所需的力學(xué)條件可作用，工質(zhì)才干流動。促進流速變化所需的力學(xué)條件可由分析流速改動由分析流速改動dc與壓力變化與壓力變化dp的之間的關(guān)系得出。

6、的之間的關(guān)系得出。2112)(vdphhq2)(212212cchhq212122)(21vdpcc聯(lián)立流動能量方程式和熱力學(xué)第一定律表達式：可得：pdpkckpvcdcc22TkRkpva?pdpcdckM2微分式：vdpcdc結(jié)論：dc、dp的符號一直相反，即：氣體在流動過程中流速添加，那么壓力下降；如壓力升高，那么流速必降低。vdpdc221Mac?音速馬赫數(shù)令音速音速 通常所說的音速指聲波在空氣中的傳播速度通常所說的音速指聲波在空氣中的傳播速度 音速不是固定的，與傳播介質(zhì)的物性、熱力形狀有關(guān)音速不是固定的，與傳播介質(zhì)的物性、熱力形狀有關(guān)對理想氣體音速只與溫度有關(guān)對理想氣體音速只與溫度有

7、關(guān)vkkRTap對實踐氣體音速對實踐氣體音速a不僅與溫度不僅與溫度T 有關(guān)，還與氣體的壓力有關(guān)，還與氣體的壓力P或比體積或比體積v有關(guān)有關(guān) 水蒸氣中的音速也借用上式計算，其中的水蒸氣中的音速也借用上式計算，其中的k值按前述閱歷值選取值按前述閱歷值選取 流道中氣體熱力學(xué)形狀不斷變化，沿程不同截面上音速各不一流道中氣體熱力學(xué)形狀不斷變化，沿程不同截面上音速各不一樣，對特定截面普通都強調(diào)為樣，對特定截面普通都強調(diào)為“當(dāng)?shù)匾羲佼?dāng)?shù)匾羲?馬赫數(shù)馬赫數(shù) 馬赫數(shù)馬赫數(shù)(M) 流道中某一截面上的氣體流速與當(dāng)?shù)匾羲僦攘鞯乐心骋唤孛嫔系臍怏w流速與當(dāng)?shù)匾羲僦?亞音速亞音速氣體的流速小于當(dāng)?shù)匾羲伲瑲怏w的流速小于當(dāng)

8、地音速，M 1 噴管燃氣輪機的噴管噴管燃氣輪機的噴管(3) 噴管和擴壓管噴管和擴壓管氣流經(jīng)過后能令氣流氣流經(jīng)過后能令氣流PP，cc的流道的流道擴壓管葉輪式壓氣機的擴壓管擴壓管葉輪式壓氣機的擴壓管氣流經(jīng)過后能令氣流氣流經(jīng)過后能令氣流P P ，c c 的流道的流道cdcMAdA122.幾何條件0vdvkpdpcdcvdvAdApdpkvdv1- 氣流速度與壓力的反方向變化需經(jīng)過管道截面積有規(guī)律地變氣流速度與壓力的反方向變化需經(jīng)過管道截面積有規(guī)律地變化來促成化來促成 ,因此幾何條件可由分析流速改動因此幾何條件可由分析流速改動dc與流道截面積變化與流道截面積變化dA的關(guān)系得出。的關(guān)系得出。0dddvv

9、ccAApdpcdckM2pdpkcdcM12M1,亞聲速流動,dA0,截面擴張；對于噴管dc 0)時，截面外形與流速間的關(guān)系：相應(yīng)對噴管的要求： 對亞音速氣流做成漸縮噴管 對超音速氣流做成漸擴噴管 對氣流由亞音速延續(xù)增至超音速時，要做成縮放噴管，或叫拉法爾噴管Laval，只需這樣才干保證氣流在噴管中充分膨脹，到達理想加速后果。M1,超聲速流動,dA0,截面擴張；對于擴壓管dc 0) ：相應(yīng)對擴壓管的要求： 對超音速氣流做成漸縮擴壓管 對亞音速氣流做成漸擴擴壓管 對氣流延續(xù)降至亞音速時，要做成縮放擴壓管。但這種漸縮漸擴擴壓管中氣流流動情況復(fù)雜，不能按定熵流動規(guī)律實現(xiàn)超音速到亞音速的延續(xù)轉(zhuǎn)變cr

10、crcrvkcpa 臨界參數(shù)縮放噴管和擴壓管的最小截面處，稱為喉部。此處的流速恰好等于當(dāng)?shù)匾羲?。此處為氣流從亞音速變?yōu)槌羲伲驈某羲僮優(yōu)閬喴羲俚霓D(zhuǎn)機點，通常稱為臨界形狀。對應(yīng)的形狀參數(shù)，稱為臨界參數(shù)。并加以下標(biāo)cr表示。M=1，即c=a。歸納：歸納： 1壓差是使氣流加速的根本條件，幾何外形是使壓差是使氣流加速的根本條件，幾何外形是使 流動可逆必不可少的條件；流動可逆必不可少的條件； 2氣流的焓差為氣流加速提供了能量；氣流的焓差為氣流加速提供了能量； 3收縮噴管的出口截面上流速小于等于當(dāng)?shù)匾羲伲皇湛s噴管的出口截面上流速小于等于當(dāng)?shù)匾羲伲?4拉法爾噴管喉部截面為臨界截面，截面上流速拉法爾噴管喉

11、部截面為臨界截面，截面上流速 達當(dāng)?shù)匾羲?，達當(dāng)?shù)匾羲?，crcrcrvkcpa 5-3 氣體流經(jīng)噴管的流速和流量 滯止參數(shù)：在研討流速過程中，為了表達滯止參數(shù)：在研討流速過程中，為了表達和計算方便，人們通常把氣體流速為零或和計算方便，人們通常把氣體流速為零或定熵緊縮過程折算到流速為零的各種參數(shù)定熵緊縮過程折算到流速為零的各種參數(shù)為滯止參數(shù)。用為滯止參數(shù)。用“*標(biāo)志它們。如滯止壓標(biāo)志它們。如滯止壓力力p*、滯止溫度、滯止溫度T*、滯止焓、滯止焓h*等。等。 氣體從滯止形狀氣體從滯止形狀c*=0開場，在噴管中開場，在噴管中隨著噴管截面積的變化，流速隨著噴管截面積的變化，流速c不斷添不斷添加，其他形狀

12、參數(shù)加，其他形狀參數(shù)p，v，T，h也相應(yīng)也相應(yīng)地跟著變化。地跟著變化。1.流速 氣體經(jīng)過恣意截面是流速為c，可根據(jù)能量方程式計算：hhcc*2*221)(2*hhc 適用于絕熱流動過程，與工質(zhì)無關(guān)，與過程能否可逆無關(guān))(1 12a)(1 12)(1 12)1 (12)(2)(21*1*1*kkkkkkpppkppkvkpppkkRTTTkkRTTTchhc?理想氣體crcrcrcrkkcrcrvkpacppkvkpc)(1 121*kcrcrppvv1*)(10)12(kkcrcrkpp2、臨界壓力比臨界截面定義臨界壓比：*ppcrcr雙原子氣體： k=1.4 cr=0.528過熱蒸汽： k=1.3 cr=0.546干飽和蒸汽： k=1. cr=0.577臨界壓力比是分析管內(nèi)流動的一個重要數(shù)值，截面上工