[工學(xué)]工程熱力學(xué)7氣體蒸汽流動ppt課件

1、第七章第七章 氣體和蒸汽的流動氣體和蒸汽的流動 第一節(jié)第一節(jié) 噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律 第二節(jié)第二節(jié) 氣體和蒸汽在噴管中的流速和質(zhì)氣體和蒸汽在噴管中的流速和質(zhì) 量流量量流量 第三節(jié)第三節(jié) 有摩阻的絕熱流動有摩阻的絕熱流動 第四節(jié)第四節(jié) 氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流(Gas and Steam Flow) 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)根底實際根底實際工程運用工程運用噴管、擴(kuò)壓管、節(jié)流安裝噴管、擴(kuò)壓管、節(jié)流安裝緊縮機(jī)緊縮機(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)蒸氣機(jī)蒸氣機(jī)制冷安裝制冷安裝s122212)()(2112wzzgcchhqff0sw12ffcc12hhq適用于恣意工質(zhì)、恣意過程。

2、適用于恣意工質(zhì)、恣意過程。相對于相對于q, 動能、位能的增量可以忽略，故：動能、位能的增量可以忽略，故：單純的熱力學(xué)問題單純的熱力學(xué)問題兩類流動問題兩類流動問題12ZZ cf2cf111112222流入流出噴管擴(kuò)壓管cf1流入0q0sw2122)(2112hhccff壓力勢能動能pccff12工質(zhì)特點工質(zhì)特點熱力形狀的改動熱學(xué)問題熱力形狀的改動熱學(xué)問題宏觀可見流動形狀的改動流膂力學(xué)問題宏觀可見流動形狀的改動流膂力學(xué)問題s122212)()(2112wzzgcchhqff動能熱能 12ffcc噴氣發(fā)動機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)飛機(jī)尾部噴管飛機(jī)尾部噴管一元穩(wěn)定流動一元穩(wěn)定流動第一節(jié)第一節(jié) 噴管和擴(kuò)壓管的截面變化

3、規(guī)律噴管和擴(kuò)壓管的截面變化規(guī)律可逆流動應(yīng)滿足：延續(xù)性方程、可逆流動方程、可可逆流動應(yīng)滿足：延續(xù)性方程、可逆流動方程、可逆絕熱方程、音速方程逆絕熱方程、音速方程 一、氣流流通截面變化率方程一、氣流流通截面變化率方程1 1、按延續(xù)性方程得出截面變化率方程、按延續(xù)性方程得出截面變化率方程 dQ=0；Ws=0根據(jù)質(zhì)量守恒原理，在穩(wěn)定流動中，經(jīng)過流道根據(jù)質(zhì)量守恒原理，在穩(wěn)定流動中，經(jīng)過流道任一截面的質(zhì)量流量必相等：任一截面的質(zhì)量流量必相等：對其取對數(shù)再求微分，有：對其取對數(shù)再求微分，有：上式稱為穩(wěn)定流動過程的延續(xù)性方程式。上式稱為穩(wěn)定流動過程的延續(xù)性方程式。skgkgmsmmvcAqfm32常數(shù)0vdv

4、cdcAdAffffffffcdccdcvdvcdcvdvAdA) 1(漸縮管道：對液體，一定漸縮管道：對液體，一定是噴管，但對氣體和蒸汽是噴管，但對氣體和蒸汽就不一定了。就不一定了。ffcdcAdAdv則：對液體，, 0ffffffcdccdcvdvcdcvdvAdA) 1(ccMfa2、比體積變化率與流速變化率之比、比體積變化率與流速變化率之比ffffffcdccdcvdvcdcvdvAdA) 1(pvcTRcg關(guān)于聲速關(guān)于聲速留意：留意：1聲速是形狀參數(shù)，因此稱當(dāng)?shù)芈曀?。聲速是形狀參?shù)，因此稱當(dāng)?shù)芈曀佟?0 C1.4 287 273.15331.2m/sc 如空氣，如空氣，2水蒸氣當(dāng)?shù)芈?/p>

5、速水蒸氣當(dāng)?shù)芈曀賑pv3fcMac 馬赫數(shù)馬赫數(shù) (Mach number)1Ma 20 C318.93m/sc20 C343m/sc subsonic velocitysupersonic velocitysonic velocitygpVcR Tandc亞聲速亞聲速1Ma 聲速聲速1Ma 超聲速超聲速 在聲速公式中，的選取：水蒸汽、可逆絕熱過程水蒸汽、可逆絕熱過程vpcck 取閱歷數(shù)據(jù)取閱歷數(shù)據(jù)=1.3 過熱蒸汽過熱蒸汽=1. 飽和蒸汽飽和蒸汽pdpkvdv1cvpk比體積變化率與比體積變化率與流速變化率之比流速變化率之比P243b式，式，p與與cf之間的關(guān)系，流速之間的關(guān)系，流速提高，壓

6、力降低。提高，壓力降低。對其取對數(shù)再求微分，有：對其取對數(shù)再求微分，有：ffffffcdccdcvdvcdcvdvAdA) 1(分析：從可逆流動方程，經(jīng)推導(dǎo)可得從可逆流動方程，經(jīng)推導(dǎo)可得vdpdccffpdpcpvcdcfff2可逆絕熱方程可逆絕熱方程222221afffffMccpvcpdpcpvpdpcdcvdv222221afffffMccpvcpdpcpvpdpcdcvdvffffcdccdcvdvAdA) 1(ffacdcMAdA)1(2 噴管截面外形Ma12、ffacdcMAdA) 1(2同號與，則fadcdAM1擴(kuò)壓管00fdcdA噴管pdcdAf00ffacdcMAdA) 1(

7、23、01dAMaA要么最大無工程意義 ，要么最小。聲速只能夠出如今截面最小處。漸縮噴管不能夠獲得超音速氣流漸縮噴管不能夠獲得超音速氣流Ma1Ma1Ma , 那么那么Ma 1，亞聲速流動，亞聲速流動 p2 / p0 1，超聲速流動，超聲速流動 000,1212vpTRTRccgcrgcrf根據(jù)臨界壓力比公式可求臨界速度幻燈片根據(jù)臨界壓力比公式可求臨界速度幻燈片30：crcr0ppcrcr三、質(zhì)量流量的計算分析一元穩(wěn)定流動三、質(zhì)量流量的計算分析一元穩(wěn)定流動收縮噴管：收縮噴管：縮放噴管：縮放噴管： 根據(jù)延續(xù)方程，噴管各截面的質(zhì)量流量相等。但各種方式噴管的流量大小都受最小截面控制，因此通常按最小截面

8、收縮噴管的出口截面、縮放噴管的喉部截面來計算流量，即：222vcAqfmcrcrfcrmvcAq，vAcqmf102202002)()(12ppppvpAqm有：22f2vcAqm1、對于漸縮噴管：出口截面為最小截面1102200202()()kkfppvvvppc，上 面 已 求 得 ， 共 同 代 入 上 式 ：其中：其中： C 流量隨 p2 / p0的變化曲線0p2 / p010.5mq討論：討論： 1、當(dāng)、當(dāng) p2 / p0 = 1，質(zhì)，質(zhì)量流量為零，流不動，如圖量流量為零，流不動，如圖中點中點A。max,mqB 2、當(dāng) p2 / p0下降時，質(zhì)量流量添加，當(dāng)壓力比到達(dá)臨界壓力比時，質(zhì)

9、量流量到達(dá)最大值。如圖中點B。 3、當(dāng)、當(dāng)p2 / p0 再下降時，雖然從力學(xué)條件上氣流可到達(dá)超再下降時，雖然從力學(xué)條件上氣流可到達(dá)超音速，對于漸縮噴管而言，其幾何外形限制了氣流的膨脹。出音速，對于漸縮噴管而言，其幾何外形限制了氣流的膨脹。出口截面上的壓力仍為口截面上的壓力仍為pcr ，流量為最大流量。實踐按，流量為最大流量。實踐按BC變化。變化。A102202002)()(12ppppvpAqmcrcrcrfmvcAq,min0012minmax,)12(12vpAqqmm2、對于縮放噴管：臨界截面為最小截面1110002()()1crkkcrpvvvPk對于理想氣體，由臨界壓力比及絕熱過程

10、方程得：對于理想氣體，由臨界壓力比及絕熱過程方程得： 由于縮放噴管在喉口處已到達(dá)臨界形狀，質(zhì)量流量一由于縮放噴管在喉口處已到達(dá)臨界形狀，質(zhì)量流量一直堅持最大流量不變。留意：質(zhì)量守恒直堅持最大流量不變。留意：質(zhì)量守恒 例例1 廢氣渦輪中漸縮噴管出口截面積廢氣渦輪中漸縮噴管出口截面積A2=200cm2，背壓，背壓P2=0.11MPa，噴管入口燃?xì)鈮毫Γ瑖姽苋肟谌細(xì)鈮毫1=0.2MPa，溫度，溫度t1=400C燃?xì)饩哂锌諝庑再|(zhì)，試求噴管出口截面處的流速和質(zhì)量流量。燃?xì)饩哂锌諝庑再|(zhì)，試求噴管出口截面處的流速和質(zhì)量流量。解解: 首先判別背壓是大于還是小于臨界壓力：首先判別背壓是大于還是小于臨界壓力：5

11、28. 055. 02 . 011. 0112PPPPcraMpPP11.022skgPPPPvPAqsmPPRTwmg22. 61246111211221211211212忽略忽略 cf1，即以，即以為為cf10背壓大于臨界壓力，故背壓大于臨界壓力，故 smhhcf/1 .93810)23402780(2)(23212略去入口流速：略去入口流速：kgkJh/27801kgkJh/23402smcf/201smchhcff/3 .9382010)23402780(2)(22322112解解:2122)(2112hhccff例題：知噴管第一定律的例題，為什么可以略去cf1求 cf2 = ? 例例

12、2 漸縮噴管出口截面積漸縮噴管出口截面積A2=3cm2，背壓，背壓P2=0.5MPa，噴，噴管入口空氣壓力管入口空氣壓力P1=1MPa，溫度，溫度t1=700C，試求噴管出口截面，試求噴管出口截面處的流速和質(zhì)量流量。處的流速和質(zhì)量流量。解解 首先判別背壓是大于還是小于臨界壓力：首先判別背壓是大于還是小于臨界壓力：528.05.015.0112PPPPcr背壓小于臨界壓力，故背壓小于臨界壓力，故 。出口處為臨界形狀。出口處為臨界形狀crPP 2skgvPAqqsmRTwwmmcrgg39. 012125711211122max1,2，忽略忽略 cf1，即即以為以為cf10第三節(jié)：有摩阻的絕熱流動

13、第三節(jié)：有摩阻的絕熱流動由于存在摩擦，實踐流動是不可逆過程，過程中存在耗散，部分動能轉(zhuǎn)化成熱能，并被氣流吸收。 焓的添加量等于動能焓的添加量等于動能的減小量。的減小量。）（注意到起點為同一點222222220ffchchh0ggfssss22222222ffcchh由能量方程式得：由能量方程式得：絕熱絕熱22ffcc22222221fffccc理想動能損失的動能 速度系數(shù)： 能量損失系數(shù)：工程上表示氣流出口速度下降和動能減小的兩個系數(shù)：工程上表示氣流出口速度下降和動能減小的兩個系數(shù)：21hh 21221()02ffcc0sw0q第四節(jié)第四節(jié) 氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流iffwzz

14、gcchhq)(2)(12212212孔口附近流速變化猛烈孔口附近流速變化猛烈節(jié)流閥 節(jié)流節(jié)流流體流經(jīng)通道忽然減少的截面后發(fā)生壓力降低的景象。流體流經(jīng)通道忽然減少的截面后發(fā)生壓力降低的景象。 工程上常利用節(jié)流過程控制流體的壓力工程上常利用節(jié)流過程控制流體的壓力, ,還可利用節(jié)流時壓力還可利用節(jié)流時壓力降低與流量的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)展流量丈量。降低與流量的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)展流量丈量。 氣流在孔口前截面收縮，氣流在孔口前截面收縮，pp、cfcf，孔口后氣流截面到達(dá)最，孔口后氣流截面到達(dá)最小，然后又逐漸增大，小，然后又逐漸增大， p p、cf cf ，最后到達(dá)穩(wěn)定。，最后到達(dá)穩(wěn)定。 由于孔口附近的擾動及渦流，呵斥不可逆損失，因此氣流恢復(fù)由于孔口附近的擾動及渦流，呵斥不可逆損失，因此氣流恢復(fù)穩(wěn)定時，穩(wěn)定時，p2p2比節(jié)流前穩(wěn)定氣流的壓力比節(jié)流前穩(wěn)定氣流的壓力p1p1要低。要低。2 2、實踐氣體：、實踐氣體： 節(jié)流后溫度變化不定。節(jié)流后溫度變化不定。 T2 T1 T2 T1 T2 T1 ， “節(jié)流熱效應(yīng)節(jié)流熱效應(yīng)絕熱節(jié)流：絕熱節(jié)流：1 1、h1 = h2h1 = h2 2 2、p2 p1p2 0 ,s2 s1 , sg 0 ,s2 s