工程热力学第8章：气体和蒸汽的流动.PPT

第八章 气体与蒸汽的流动 序言 8-1 稳定流动的基本方程式 8-2 促使流速改变的条件 8-3 喷管的计算 8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 8-5 有摩阻的绝热流动 8-6 绝热节流 课件目录 本章作业 第七章 习题 1、10、 11、18、20 pp. 264~266 第四版 序 言 工程中，常要处理气体和蒸汽在在一些管路设备内的流动过程。如喷管（火箭尾部和汽机的喷嘴等）、扩压管（汽车排气管和消音器等）和节流阀等。 本章主要讨论气体在流经喷管等设备时气流参数变化与流道截面积的关系及流动过程中气体能量传递和转化等问题。下面介绍一些相关产品和工程实例。 §8-1 稳定流动的基本方程式 一、连续性方程? 上式称为稳定流动的连续性方程。它描述了流道内流体的流速、比体积和截面积之间的关系，表明：流道的截面面积增加率，等于比体积增加率与流速增加率之差。 （8-1） 在任一流道内作稳定流动的气体或蒸汽，服从稳定流 动能量方程式，若没热量交换，又不作功，其微元过程， 写为 上式是研究喷管内能量变化的基本关系式，它既适用 于可逆过程，也适用于不可逆过程。?????? 二、稳定流动能量方程式 （8-2） 气体在绝热流动过程中，因某种物体的阻碍而使流速 降低为零的过程称为绝热滞止过程。此时任意截面上气体 的焓和气体流动动能的和为常数。当气体绝热滞止时速度 为零，故 绝热滞止对气流所起的作用与绝热压缩无异，用相同 方法计算其他滞止参数。 （8-3） ????? 气体在稳定流动过程中若与外界没有能量交换，且气体 流经相邻两截面时各参数是连续变化的，同时又无摩擦和扰 动，则过程是可逆绝热过程。 上式原则上只适用于理想气体定比热容可逆绝热流动过 程，但也用于表示变比热容的理想气体和（ k 为过程范围 内的平均值）实际气体（ k 为经验值）。 　 三、过程方程式 （8-4） ????? 在研究气体流动时，通常把气体的流速与当地声速 的比值称为马赫数，用符号 Ma 表示： （适用于理想气体） 四、声速方程 （8-5） （8-6） 马赫数是研究气体流动特性的一个重要的数值。 根据气流速度与当地声速之间的大小关系（即Ma数与 1的大小关系），把流动分为如下三种： 亚声（音）速流动（Ma<1） 声（音）速流动 （Ma=1） 超声（音）速流动（Ma>1） 从力学观点来说，要使工质流速改变必须有 压力差。只要喷管进出口截面上有足够的压力差， 不管过程是否可逆，气体在喷管中的流速总会增 大。但若流道截面面积的变化能与气体体积变化 相配合，那么膨胀过程的不可逆损失会减少，喷 管出口截面上的气体流速就会更大。 §8-2 促使流速改变的条件 ????????????? ???????????????????? 上式即为促使流速变化的力学条件。这说明 气体在流动中如流速增加，则压力必然降低；如 压力升高，则流速必降低。 能否用能量方程和过程方程推导之？ 一、力学条件 （8-7） ????? 上式揭示了定熵流动中气体比体积的变化律和流速变化率之间的关系与气流马赫数有关。 可见流速变化时气流截面面积的变化规律不但与流速的高低（与当地声速比较）有关，还与喷管 还是扩压管有关（ 的正负 ）。 仍可用能量方程和过程方程推导之。 可由连续方程和上式导出。 二、几何条件 （8-8） （8-9） 对喷管的要求是： 对亚声速气流要做成渐缩喷管； 对超声速气流要做成渐扩喷管； 对气流由亚声速连续增加至超声速时要做成缩放 喷管（又称拉伐尔喷管）。 图8-1 喷管 ( dp<0 , dv>0 , dcf>0 ) Ma<1 Ma>1 Ma<1 Ma>1 Ma＝1 dA<0 渐缩 dA>0 渐扩 dA<0 dA=0 dA>0 缩放 对扩压管的要求是： 对超声速气流要制成渐缩形； 对亚声速气流要制成渐扩形； 当气流由超声速连续增压至亚声速时，要做成 渐缩渐扩形扩压管。 图8-2 扩压管 ( dp>0 , dv<0 , dcf<0 ) 流动情况复杂 Ma>1 Ma<1 Ma>1 Ma<1 Ma＝1 dA<0 渐缩 dA>0 渐扩 dA<0 dA=0 dA>0