八气体与蒸汽的流动.ppt

第八章　气体与蒸汽的流动 1、掌握定熵稳定流动的基本方程； 2、理解促使流速改变的力学条件和几何条件的基本涵义； 3、掌握喷管中气体流速、流量的计算，会进行喷管外形的选择和尺寸的计算； 4、掌握滞止焓、临界参数等基本概念和相关计算。 1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。 2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。 8－1　稳定流动的基本方程式 在稳定流动过程中，若： 1）任一截面上的参数不随时间而变化； 2）与外界没有热量交换； 3）流经相邻两截面时各参数是连续变化； 4）不计摩擦和扰动； Ma＜1 　亚声速 Ma＝1 　气流速度等于当地声速 Ma＞1 　超声速 8-2 促使流速改变的条件 喷管： 流速升高的管道； 扩压管：流速降低、压力升高的管道。 Ma1时，dv/vdcf /cf Ma1时，dv/vdcf /cf 　 8－3　喷管的计算 假设：　1）理想气体； 　　　　2）定值比热容； 　　　　3）流动可逆； 　　　　4）满足几何条件。 临界压力比是分析管内流动的一个重要数值，截面上工质的压力与滞止压力之比等于临界压力比是气流速度从亚声速到超声速的转折点； 以上分析在理论上只适用于定比容理想气体的可逆绝热流动，对于水蒸气的可逆绝热流动，k 为一经验值，不是比热比。 8-4 背压变化时喷管内流动过程简析 例题 1、由不变气源来的压力p1=1.5MPa，温度t1=27°C的空气，流经一喷管进入压力保持在pb=0.6MPa的某装置中，若流过喷管的流量为3kg/s，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？ 例题 2、一渐缩喷管，其进口速度接近零，进口截面积A1=40cm2，出口截面积A2=25cm2。进口空气参数为p1=9MPa，温度t1=500°C的空气，背压pb=7MPa，试求： （1）出口流速及流过喷管的流量。 （2）由于工况的改变，背压变为pb=4MPa，这时的出口流速和流量又为多少？ 8-5 有摩阻的绝热流动 8－6 绝热节流 例题 例题 3、临界压力比 　在临界截面上： 定义临界压比： 双原子气体： k=1.4 　γcr=0.528 过热蒸汽： k=1.3 γcr=0.546 干饱和蒸汽： k=1.135 γcr=0.577 结论： 临界速度： 二、流量计算 收缩喷管： 缩放喷管： 　　根据连续方程，喷管各截面的质量流量相等。但各种形式喷管的流量大小都受最小截面控制，因而通常按最小截面（收缩喷管的出口截面、缩放喷管的喉部截面）来计算流量，即： 代入速度公式可得： 结论： 当A2及进口截面参数保持不变时： 对于收缩喷管： ？ 对于缩放喷管： 　　尽管在喉道后气流速度达到超音速，喷管截面面积扩大，但据质量守恒原理其截面上的质量流量与喉道处相等，因此流量保持不变，如图中曲线bc。 　　但如果出口截面面积A2保持不变，则随着p2下降，将使实际所需的喉道面积减小，则会出现流量减小，如图中虚线所示。 在正常工作条件下： 在喉道处： 三、喷管外形和尺寸计算 设计目的：1、确定喷管几何形状； 　　　　　2、保证气流充分膨胀。 1、外形选择： 渐缩喷管 缩放喷管 2、尺寸计算 渐缩喷管： 缩放喷管： 一、渐缩喷管 二、渐缩渐放喷管 　　在设计工况下：喉道处为临界状态，收缩段为亚音速，扩张段为超音速；图中ABC。 在E处产生正激波，气流速度下降为亚音速 　　由于存在摩擦，实际流动是不可逆过程，过程中存在耗散，部分动能转化成热能，并被气流吸收。 焓的增加量等于动能的减小量 有摩阻的绝热流动： 由能量方程式得： 速度系数φ： 能量损失系数ξ： 工程上表示气流出口速度下降和动能减小的两个系数： 　　流体流经阀门、孔板等设备时，由于局部阻力，使流体压力下降，称为节流现象。如果节流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。 一、绝热节流的特点 节流过程不可逆 节流前后流体的焓不变 节流后压力下降、比体积增大 二、节流的温度效应 绝热节流后流体的温度变化称为节流的温度效应 节流冷效应 节流热效应 节流零效应 对于理想气体，只有节流零效应，因为 绝热节流系数（焦耳－汤姆逊系数）： 节流冷效应 节流热效应 节流零效应 因为节流过程压力下降，即dp0 * * 华北电力大学能源与动力工程学院 * 研究内容： 　　主要研究流体流过变截面短管（喷管和扩压管）时，其热力状态、流速与截面积之间的变化规律。 基本要求 稳定流动： 　　流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。 简化假设： 一、连续性方程 　　稳定流动中，任一截面的所有参数均不随时间而变，故流经