氣體和蒸汽流動(dòng)特性及其應(yīng)用

1、1 研究氣體流動(dòng)過程中研究氣體流動(dòng)過程中2 研究影響氣體在管內(nèi)流的研究影響氣體在管內(nèi)流的氣流速度變化氣流速度變化能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換狀態(tài)參數(shù)變化狀態(tài)參數(shù)變化的的規(guī)律規(guī)律系統(tǒng)的外部條系統(tǒng)的外部條件件管道截面積的變化管道截面積的變化一一 概念概念穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流穩(wěn)流( (穩(wěn)定流動(dòng)穩(wěn)定流動(dòng)) )狀態(tài)不隨時(shí)間變化狀態(tài)不隨時(shí)間變化恒定的流量恒定的流量二二 幾個(gè)基本方程幾個(gè)基本方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程絕熱穩(wěn)定流動(dòng)絕熱穩(wěn)定流動(dòng)能量方程能量方程定熵過程定熵過程方程方程mmm.21const vfcm 0vdvfdfcdc由由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流特點(diǎn)特點(diǎn)適用于適用于任何任何工質(zhì)工質(zhì)可逆可逆和和不可逆不可逆過程過程截面面積截

2、面面積氣流速度氣流速度氣體比容氣體比容swzzgcchhq)(2)(12212212dhcd22)(2212122hhcc適用于適用于任何任何工質(zhì)工質(zhì)可逆可逆和和不可逆不可逆過程過程注注：增速增速以以降低降低本身本身儲(chǔ)能儲(chǔ)能為代價(jià)為代價(jià) = const = const kpv0vdvkpdp可逆絕熱過程方程式可逆絕熱過程方程式適用條件適用條件: :(1)(1)理想氣體理想氣體(2)(2)定比熱定比熱(3)(3)可逆可逆微微分分注意注意: :變比熱變比熱時(shí)時(shí) K K取取過程范圍內(nèi)的平均值過程范圍內(nèi)的平均值spa)(kRTa 微小微小擾動(dòng)在流體中的擾動(dòng)在流體中的傳播速度傳播速度壓力波的傳播過程壓力

3、波的傳播過程可作可作定熵定熵過程處理過程處理(1)(1) 音速音速0vdvkpdp定義式定義式: :定熵過程定熵過程理想氣體理想氣體只隨只隨絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度而變而變acM 流速流速當(dāng)?shù)匾羲佼?dāng)?shù)匾羲?定義式定義式M1 超音速超音速M(fèi)=1 臨界音速臨界音速M(fèi)0dp0由此可見由此可見導(dǎo)致dc 0導(dǎo)致噴管中的噴管中的流動(dòng)特性流動(dòng)特性擴(kuò)壓管中擴(kuò)壓管中的流動(dòng)特性的流動(dòng)特性vdpcdc 連續(xù)性方程連續(xù)性方程可逆絕熱過程方程可逆絕熱過程方程cdcMfdf) 1(2管道截面變化管道截面變化氣流速度變氣流速度變化化注注: :擴(kuò)壓管擴(kuò)壓管dc0,dc0,故不同音速下的形狀與噴管故不同音速下的形狀與噴管相反相反M1M

4、1M1M1M1df0df0df0漸擴(kuò)漸擴(kuò)df0df0漸縮漸擴(kuò)漸縮漸擴(kuò)噴管噴管dc0dc0M=1M=1df=0df=0臨界截面臨界截面流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)管道種類管道種類管道形狀管道形狀M1M1M1dc0dc0dc0dc0噴管噴管dp0dp01 12 2M1M10fdf漸縮漸擴(kuò)擴(kuò)噴管M1漸縮漸擴(kuò)擴(kuò)壓管M1轉(zhuǎn)M1M10fdf21pp 21pp M=1M=1M1M1M121pp 擴(kuò)壓管擴(kuò)壓管dp0dp021pp 21pp 21pp 0fdf0fdf1 12 21 12 21 12 21 12 2M=1M=122110chhpccTT2211011010kkTTpp一一 定熵滯止參數(shù)定熵滯止參數(shù)將具有一定

5、速度的氣流在將具有一定速度的氣流在定熵條件定熵條件下擴(kuò)壓，使其下擴(kuò)壓，使其流速降低為零流速降低為零時(shí)的參數(shù)時(shí)的參數(shù) 定義：定義： 參數(shù)表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式1101)(10kTTvv下角標(biāo)為下角標(biāo)為0 0的的是定熵滯止參數(shù)是定熵滯止參數(shù)下角標(biāo)為下角標(biāo)為1 1的的是進(jìn)口參數(shù)是進(jìn)口參數(shù))(2212122hhcckkppRTkkc10202112)(72.44202TTccp由絕熱穩(wěn)定流動(dòng)能量方程由絕熱穩(wěn)定流動(dòng)能量方程對(duì)理想氣體對(duì)理想氣體對(duì)實(shí)際氣體對(duì)實(shí)際氣體1ppc(1)臨界壓力比臨界壓力比)(1 121111kkccppvpkkc代入出口流速方程代入出口流速方程ccccvkpackkcccppvpvp1

6、111)(10)12(kkckpp臨界流速表達(dá)式臨界流速表達(dá)式定熵過程定熵過程方程式：方程式：臨界壓力臨界壓力進(jìn)口壓力進(jìn)口壓力特別的對(duì)特別的對(duì)雙原子氣體：雙原子氣體： 528. 0222vcfm kkvpvp2211)/( )()(12112212112skgppppvpkkfmKKk一般通過計(jì)算一般通過計(jì)算最小截面最小截面的質(zhì)量流量的質(zhì)量流量由由連續(xù)性方程連續(xù)性方程知，各個(gè)截面的質(zhì)量流量相等知，各個(gè)截面的質(zhì)量流量相等（1）漸縮噴管的質(zhì)量流量計(jì)算漸縮噴管的質(zhì)量流量計(jì)算12bpp 2cbpp cbpp cpp 2理想氣體理想氣體的定熵流動(dòng)的定熵流動(dòng)出口出口截面截面質(zhì)量流量質(zhì)量流量注意注意 的取值

7、的取值2pmmaxm0cb1/ ppc1/ ppba1.0)/()12(1211122maxskgvpkkkfmk11)12(kkckpp正常工作時(shí)正常工作時(shí)M=)/()12(121112minmaxskgvpkkkfmkfpkTpb、001 1 噴管的設(shè)計(jì)計(jì)算噴管的設(shè)計(jì)計(jì)算bpp 2已知已知00ppppcbcbpp 1)1) 當(dāng)當(dāng) 即即 采用漸縮噴管。采用漸縮噴管。00ppppcbcbpp 2 2）當(dāng)當(dāng) 即即 采用縮擴(kuò)噴管。采用縮擴(kuò)噴管。 出發(fā)點(diǎn)：出發(fā)點(diǎn)：fpkTpb、00已知已知00ppppcbcbpp 1)1) 當(dāng)當(dāng) 即即 bpp 200ppppcbcbpp 2 2）當(dāng)當(dāng) 即即 cpp

8、2噴管的最大流量噴管的最大流量 cccvcfmmax kg/s 定熵流動(dòng)的定熵流動(dòng)的基本關(guān)系式基本關(guān)系式和和管道截面變化規(guī)律管道截面變化規(guī)律的的關(guān)系式相同關(guān)系式相同擴(kuò)壓管是在已知擴(kuò)壓管是在已知進(jìn)口參進(jìn)口參數(shù)數(shù)進(jìn)口速度進(jìn)口速度和和出口速度出口速度的情況下計(jì)算的情況下計(jì)算出口壓力出口壓力擴(kuò)壓管與噴管的擴(kuò)壓管與噴管的區(qū)別區(qū)別與與聯(lián)系聯(lián)系注注:動(dòng)能損失得越多壓力增加得越多動(dòng)能損失得越多壓力增加得越多定義式定義式12pp22222211cTccTcpp122211221TcccTTp11222111212)21 ()(kkpkkTcccTTpp進(jìn)口壓力出口壓力由能量由能量方程得方程得則定熵過程則定熵過程

9、22cc22121222222hhhhcc定義式定義式實(shí)際出口速度實(shí)際出口速度定熵過程出口速度定熵過程出口速度大致在大致在0.940.94至至0.980.98之間之間速度系數(shù)速度系數(shù)噴管效率噴管效率消耗一部分功消耗一部分功一般在一般在0.90.9至至0.950.95之間之間q定義：氣體在管道中流過突然縮小的截面，定義：氣體在管道中流過突然縮小的截面， 而又未及與外界進(jìn)行熱量交換的過程而又未及與外界進(jìn)行熱量交換的過程q特點(diǎn)：絕熱節(jié)流過程特點(diǎn)：絕熱節(jié)流過程前后前后的焓相等，但的焓相等，但整整個(gè)個(gè)過程絕不是等焓過程。過程絕不是等焓過程。 流體在通過縮孔時(shí)流體在通過縮孔時(shí)動(dòng)能動(dòng)能增加增加，壓力壓力下降下降并并產(chǎn)生強(qiáng)烈產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)和摩擦擾動(dòng)和摩擦。擾動(dòng)和摩擦的。擾動(dòng)和摩擦的不可逆不可逆性性，導(dǎo)致導(dǎo)致整個(gè)過程的不可逆性。整個(gè)過程的不可逆性。在縮孔附近，流速 ，焓q不可逆性：不可逆性：(1) 對(duì)理想氣體對(duì)理想氣體12111chp222chpchp溫度溫度不變不變壓力壓力下降下降比容比容增加增加熵熵增加增加焓焓不變不變注注:理想氣體的理想氣體的焓焓是是溫度溫度的的單值函數(shù)單值函數(shù)節(jié)流前后節(jié)流前后焓焓不變不變,溫度溫度不一定不變不一定不變絕熱節(jié)流溫度效應(yīng)絕熱節(jié)流溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)只與溫度效應(yīng)只與氣體的性質(zhì)氣體的性質(zhì)有關(guān)有關(guān),與其與其狀態(tài)狀態(tài)無關(guān)無關(guān)熱熱效應(yīng)效應(yīng)零零效應(yīng)效應(yīng)冷冷效應(yīng)效應(yīng)溫度溫度