中國(guó)礦業(yè)大學(xué)工程熱力學(xué)第九章1

1、Engineering Thermodynamics第第 九九 章章氣體和蒸汽的流動(dòng)氣體和蒸汽的流動(dòng)CHINA UNIV. OF MININGCHINA UNIV. OF MININGTECHNOLOGYTECHNOLOGY中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology工質(zhì)工質(zhì)理想氣體理想氣體水蒸汽水蒸汽流動(dòng)流動(dòng)這里指流體在管道內(nèi)的流動(dòng)，特點(diǎn)是這里指流體在管道內(nèi)的流動(dòng)，特點(diǎn)是W WS S=0=0 。1122ii中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)

2、大學(xué)China University of Mining and Technology Flow through the nozzles 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technologyn掌握截面積變化對(duì)熱力流動(dòng)的影響；掌握截面積變化對(duì)熱力流動(dòng)的影響；n能進(jìn)行噴管絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的熱力計(jì)算。能進(jìn)行噴管絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的熱力計(jì)算。 n絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的基本關(guān)系式；絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的基本關(guān)系式；n氣體在噴管中的絕熱流動(dòng)、噴管中流速及流量氣體在噴管中的絕熱流動(dòng)、噴管中流速及流量計(jì)算；計(jì)算；n噴管主要尺寸的確定；噴管主要尺寸的確定；n氣體和蒸汽的絕熱節(jié)流。氣體

3、和蒸汽的絕熱節(jié)流。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technologyn噴管內(nèi)絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的基本特性；噴管內(nèi)絕熱穩(wěn)定流動(dòng)的基本特性；n噴管出口的截面、流速和流量的計(jì)算，噴管噴管出口的截面、流速和流量的計(jì)算，噴管的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算；的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算；n絕熱節(jié)流過(guò)程的特點(diǎn)。絕熱節(jié)流過(guò)程的特點(diǎn)。n通過(guò)確定臨界壓力比，通過(guò)確定臨界壓力比，對(duì)噴管進(jìn)行設(shè)計(jì)和校對(duì)噴管進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核的計(jì)算，核的計(jì)算，理想氣體與蒸汽不同的流速和流理想氣體與蒸汽不同的流速和流量計(jì)算公式。量計(jì)算公式。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining a

4、nd Technology1 n流體在流經(jīng)空間任何一點(diǎn)時(shí)，其全部參數(shù)都不隨時(shí)間流體在流經(jīng)空間任何一點(diǎn)時(shí)，其全部參數(shù)都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過(guò)程。而變化的流動(dòng)過(guò)程。 n沿流動(dòng)方向上的一維問(wèn)題：取同一截面上某參數(shù)的平沿流動(dòng)方向上的一維問(wèn)題：取同一截面上某參數(shù)的平均值作為該截面上各點(diǎn)該參數(shù)的值。均值作為該截面上各點(diǎn)該參數(shù)的值。 n可逆絕熱過(guò)程：可逆絕熱過(guò)程：，另外，不計(jì)管道摩擦。，另外，不計(jì)管道摩擦。 n噴管噴管 nozzles n擴(kuò)壓管擴(kuò)壓管 diffusers n節(jié)流閥節(jié)流閥 throttling valve 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and T

5、echnology1 0vdvfdfcdc0cdcdh0cdcdp.constpvk中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology1) (continuity equation)1 mmm.21Const. vfcm 0vdvfdfcdc截面面積截面面積氣流速度氣流速度氣體比容氣體比容中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2) 1 outinEE 121121gzchqwgzch2222212222112121chch0cdcdhvdpdhTdsdpvdpdh0cdc

6、dp中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2) 1 .212constgzcp0cdcdp中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2) h01 .2121222211constchch02max21, 0hchhhc若22222110212121chchchh總焓或滯止焓h0中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology 滯止溫度T0滯止壓力p0。（用下表（用下表0 0表示滯止參數(shù)）表示滯止參數(shù)） 1

7、211021chh211021cTcTcpppccTT2210111010kkTTpp1101)(10kTTvv中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3) 1 .constpvk0vdvkpdp：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology4) n音速：音速：1 spa)(svpv)(20vdvkpdpkpva kRTa 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technologysmac2 .33115.2732874

8、 . 10smac93.31820smac343201 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology4) n馬赫數(shù)馬赫數(shù) Ma Ma 1 acMa M=1 sonic 312M1 supersonicM0dp0dc 0中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2)2 0vdvfdfcdc0vdvkpdp0cdcdpcdcMfdfa) 1(2中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2)2 cdcMfdfa)

9、 1(2Ma1df0dc0Ma=1df=0Ma1df0 dc0,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2 converging nozzle漸縮噴管漸縮噴管 diverging nozzle漸擴(kuò)噴管漸擴(kuò)噴管 Converging-diverging nozzle縮放噴管縮放噴管中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology1) 2) 3) cr.2 crcrcrcrRTvpc中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Tech

10、nology2 Ma1dc0dc0dc0dc0dpdp00120fdfMa1Ma1轉(zhuǎn)Ma0021pp 21pp 21pp 0fdf0fdf1212M=1M=1M1M1M112M1M1M112M=1M=1中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology1) c23 22221102121chchhsmchhhhc22221212021、h J/kg, kJ/kg2、 smhhhhc2120222中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology2) 3 適用于任何氣體2022hhc恒

11、定的理想氣體適用于ppcTTc 2202012TTR10200112ppvpRcp1100ppTTRTpvc2 p2 /p002002,ppvpfc022ppfc 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technologyp2/p0 c202021pppp即C2,max 2220Avp02pp1000112ppvpcccrcr002cpmax202,0ccpp時(shí)000max, 21212RTvpca)b)c)pcr/p00ppcr中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3) 3 0

12、pprccr)(1 121000kkcrcrppvpkkccrcrcrcrvkpcckkcrcrcrcrppvpvpTT10000)(10)12(kkcrkpp k=1.4 =0.528 k=1.3 =0.546 k=1.135 =0.577中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3 結(jié)論：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology4) 3 xmmm.21.constxxxxxxcfvcfmx x 12M=1M=1M1M1M112222vcfm crcrcrvcfm

13、 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3 222vcfm 102002112ppvpc2002ppvv10210200212ppppvpfm 12中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology10210200212ppppvpfm 3 a)02002,ppvpAfm02002,ppfmvpA確定后在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3 b) p2/p0對(duì)流量對(duì)流量m的影響分析的影響分析p2/p0

14、=10 , 02cm p2/p0=00m 10210200212ppppvpfm p，mmaxm0cb0/ ppc02/ ppa1.0 02dpmd 102)12(pp0p2/p01p2/p0m 2ccrp1) 12102002112ppvpc中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 漸縮噴管流量實(shí)驗(yàn)曲線漸縮噴管流量實(shí)驗(yàn)曲線 （ p1=1bar t1=20）pb/p13.0kg/s2.52.01.51.00.50.0310m理論曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線cr

15、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology0, 0:1202mcppmcppppvcr,:120202max2202,:mmccppppcrcr max2202,:mmccppcr3 2) mmaxm0cb0/ ppc02/ ppa1.0M=1M=1M1M1M112中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 縮放噴管流量實(shí)驗(yàn)曲線縮放噴管流量實(shí)驗(yàn)曲線 （p1=1bar t1=20）pb/p

16、13.0kg/s2.52.01.51.00.50.0310m理論曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technologyn背壓背壓 pb a）12cr22Maccppppbcrb12cr22Maccppppcrcrb b）流體力學(xué)研究范圍crbpp 11 ; ;2cr22MaMaccccppppppcrbcrcrb喉喉喉3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technolo

17、gycrbcrbpppppAB2:完全膨脹crbcrbpppppAC2:完全膨脹bcrcrbpppppACD2:膨脹不足中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology5) 噴管計(jì)算噴管計(jì)算1)2)3 bpkTp、00crbpp0)(crbpp bpp 2crbpp0)(crbpp 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology5) 噴管計(jì)算噴管計(jì)算 p2、m3 ApkTp

18、b、00若若若若22021122()2()chhchh1ppbcrcr;2crpp skgvfcm/;2bpp 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology例題例題 9-13 空氣進(jìn)入噴管溫度為 450K ，壓力為0.5MPa，速度300 m/s ，而出口背壓pb=0.28MPa，試確定1）噴管形狀；2）出口截面氣流壓力； 3) 出口截面氣流速度。 假設(shè) cp=1004J/(kgK)，Rg=287J/(kgK).）由于）由于c c1 1=300m/s=300m/s，所以應(yīng)采用滯止參數(shù)，所以應(yīng)采用滯止參數(shù)2f1012chh22f101

19、(300m/s)450K494.82K22 1004J/(kg K)pcTTc1.411.4 10011494.82K0.5MPa0.697MPa450KTppT中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology3 000.528 0.697MPa0.368MPacrcrcrcrpppp）確定形狀）確定形狀0.28MPabcrpp所以采用縮放噴管所以采用縮放噴管注：若不考慮注：若不考慮c1，則，則 pcr= crp1=0.528 0.5MPa=0.264MPas13) p1p24) t1 t212ss12hh1212vvpp中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中

20、國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology6 n節(jié)流的溫度效應(yīng)節(jié)流的溫度效應(yīng)hJpTdpTvTvdTcdhpppphJcvTvTpT中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology6 0J0J0JhJpT因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?2TT)(Tfh 12hh中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology6 dcbahhhhh22221中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)China University of Mining and Technology6 在一定焓值范圍內(nèi)，定焓在一定焓值范圍內(nèi)，定焓線都有一個(gè)溫度極值點(diǎn)：線都有一個(gè)溫度極值點(diǎn)：0JhJpT定焓線定焓線的斜率的斜率