第章 气体.pptVIP

一元气体动力学基础 可压缩气流的一些基本概念 无粘性完全气体一元恒定流动的基本方程 喷管的等熵出流 可压缩气体管道流动 拉伐尔喷管 压强下降 扩压管 压强上升 引射器（喷管+扩压管） 例：滞止参数为p0=10.35×105Pa，T0=350K的空气进入收缩喷管，出口截面的直径d=12mm，当出口的外部环境压力Pa（背压）分别为7×105Pa和5×105Pa，计算喷管的质量流量 解：空气k=1.4，R=287J/kg·K，Cp=7R/2=1004.5J/kg·K （1）临界参数p* （2）当pa=7×105PaP* 喷管出口压强 （3）当pa=5×105PaP* 出口参数均按临界参数p*、T*、ρ* 可压缩气体的等温管道流动 管道——d不变　有摩擦，实际气体 1.基本方程 （1）连续性方程 （2）等温过程 （3）运动微分方程 （复习：　　　　　 ） 拓展： 或 气体管道运动微分方程（☆） * * 诱因：高速运动的气体，因速度、压强的变化，引起密度显著变化。 造成运动规律与不可压缩流体大不相同，必须考虑其压缩性。 知识要求：流体力学、热力学 在本章中，压强为绝对压强；温度为开尔文温度。 热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。 热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子的相互作用。 热力学三定律是热力学的基本理论。 热力学第一定律就是能量守恒定律，是后者在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。描述系统热运动能量的状态函数是内能。通过作功、传热，系统与外界交换能量，内能改变 。 　　热力学第二定律指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。相应的态函数是熵，熵的变化指明了热力学过程进行的方向，熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。 热力学第三定律指出绝对零度是不可能达到的。 上述热力学定律以及三个基本状态函数温度、内能和熵构成了完整的热力学理论体系。 系统分类：（1）敞开系统：与环境之间既有能量传递，也有物质传递； 　　 （2）封闭系统；与环境之间只有能量传递，没有物质传递； 　　 （3）孤立系统：与环境之间既没有能量传递，也没有物质传递； 理想气体一元恒定流动的基本方程 可压缩气体　密度变化 1.连续性方程 积分形式 微分形式 2.状态方程 R——气体常数（空气：287J/kg·K） 3.能量方程 复习：平衡微分方程 S——S方向质量力 扩展：运动微分方程 理想气体：F=0 浮力与重力平衡：S=0 ——欧拉运动微分方程 ——理想气体一元恒定流的能量方程 一些常见的热力过程 （1）等容过程 积分： ——机械能守恒 （2）等温过程 代入积分得 可压缩理想气体在等温过程中的能量方程 （3）绝热过程 理想气体的绝热过程→等熵过程 ——绝热指数 代入积分得 或 证明： 可压缩理想气体在绝热过程中的能量方程 或 ——焓 内能u （4）多变过程 ——多变指数 可压缩理想气体的能量方程 n=0　　　等压过程 n=1　　　等温过程 n=k　　　绝热过程 n→±∞　等容过程 例1：文丘里流量计，进口直径d1=100mm，温度t1=20℃，压强p1=420kPa，喉管直径d2=50mm，压强p2=350kPa，已知当地大气压pa=101.3kPa，求通过空气的质量流量 解：喷管——等熵过程 空气k=1.4　R=287J/kg·K T——热力学温标（K）　p——绝对压强 解题思路：状态（过程）方程、连续性方程、能量方程 绝热过程方程 状态方程 连续性方程 能量方程 解得 例2：理想气体在两个状态下的参数分别为T1、p1和T2、p2 （1）密度的相对变化率 密度相对变化率 （2）内能变化 （3）焓的变化 （4）熵的变化 可压缩气流的几个基本概念 1.音速 声音的传播是一种小扰动波（压力扰动） 连续性方程 动量方程 略去高阶微量，得 传播速度的快慢，与流体的内在性质（压缩性、密度）有关 ——音速定义式 液体： 气体：视作等熵过程（理想气体、绝热） 微分： 解得 得 理想气体状态方程： 讨论： （1）音速与本身性质有关 （2） 越大，越易压缩，a越小 音速是反映流体压缩性大小的物理参数 （3） 当地音速 是空间坐标的函数 （4）空气 2.滞止参数（驻点参数） 设想某断面的流速以等熵过程减小到零，此断面的参数称为滞止参数 v0=0——滞止点（驻点） 性质： （1）在等熵流动中，滞止参数值不变； （2）在等熵流动中，速度增大，参数值降低； （3）