工程熱力學氣體動力循環(huán)

1、第10章本章重點l工質穩(wěn)定流動的基本方程式工質穩(wěn)定流動的基本方程式;l工質在噴管中的定熵流動工質在噴管中的定熵流動;l絕熱節(jié)流及其應用。絕熱節(jié)流及其應用。10-1 穩(wěn)定流動的基本方程式穩(wěn)定流動的基本方程式 定義：定義：穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動是只開口系統(tǒng)內(nèi)每一點的熱是只開口系統(tǒng)內(nèi)每一點的熱力參數(shù)與運動參數(shù)都力參數(shù)與運動參數(shù)都不隨時間變化不隨時間變化的流動過的流動過程。程。 本章只討論本章只討論一維穩(wěn)定流動一維穩(wěn)定流動，即管道內(nèi)垂，即管道內(nèi)垂直于軸向的任一截面上的各種參數(shù)值都均勻直于軸向的任一截面上的各種參數(shù)值都均勻一致，流體參數(shù)只沿管道軸向或流動方向發(fā)一致，流體參數(shù)只沿管道軸向或流動方向發(fā)生變化。生變

2、化。一、連續(xù)性方程式l 由質量守恒定律知，在穩(wěn)定流動過程中，由質量守恒定律知，在穩(wěn)定流動過程中，流道內(nèi)各截面處的質量流量都相等：流道內(nèi)各截面處的質量流量都相等： l 此式適用于任何工質的可逆或不可逆的穩(wěn)此式適用于任何工質的可逆或不可逆的穩(wěn)定流動過程。定流動過程。22221111mmqvcAvcAq二、穩(wěn)定流動的能量方程式二、穩(wěn)定流動的能量方程式l 根據(jù)熱力學第一定律等出穩(wěn)定流動的能量方程式為：根據(jù)熱力學第一定律等出穩(wěn)定流動的能量方程式為： 也可表示為：也可表示為： 不作軸功的絕熱穩(wěn)定流動過程中，工質動能的增不作軸功的絕熱穩(wěn)定流動過程中，工質動能的增加等于其焓降。加等于其焓降。212122)(2

3、1hhcc2222211212121chchch三、過程方程式三、過程方程式l工質在管內(nèi)絕熱穩(wěn)定流動時，若忽略摩擦和擾動，則工質在管內(nèi)絕熱穩(wěn)定流動時，若忽略摩擦和擾動，則可視為可逆絕熱流動，過程方程式為：可視為可逆絕熱流動，過程方程式為： 過熱蒸汽：過熱蒸汽：k=1.30k=1.30 干飽和蒸汽：干飽和蒸汽：k=1.135k=1.135 濕飽和蒸汽：濕飽和蒸汽：k=1.035+0.1xk=1.035+0.1x常數(shù)kpv10-2 10-2 工質在噴管中的定熵流動工質在噴管中的定熵流動一、聲速和馬赫數(shù)一、聲速和馬赫數(shù)1 1、音速：、音速：聲音（即微小振動）的傳播速度。聲音（即微小振動）的傳播速度。

4、 當?shù)芈曀伲耗骋惶囟顟B(tài)（如當?shù)芈曀伲耗骋惶囟顟B(tài)（如p,v,tp,v,t時）下的聲速，用時）下的聲速，用 a a表示。表示。2、馬赫數(shù)：馬赫數(shù)：氣體流速與當?shù)芈曀俚谋戎怠怏w流速與當?shù)芈曀俚谋戎怠?根據(jù)馬赫數(shù)的大小，將流動分為三種：根據(jù)馬赫數(shù)的大小，將流動分為三種： M M1 1，即，即c ca a，為亞音速流動；，為亞音速流動； M M1 1，即，即c ca a，為超音速流動；，為超音速流動； M M1 1，即，即c ca a，為音速流動或臨界流動。，為音速流動或臨界流動。二、流速變化和噴管截面變化的關系二、流速變化和噴管截面變化的關系l 對定熵過程，可推得：對定熵過程，可推得： cdc=

5、-vdpcdc=-vdp 1. 1. 氣流速度增加氣流速度增加(dc0)(dc0)，必導致氣體的壓力下降，必導致氣體的壓力下降(dp(dp0)0)，這就是，這就是噴管中的流動特征；噴管中的流動特征； 2.2.氣體速度下降氣體速度下降(dc0)(dc0)0)，這就，這就是擴壓管中的流動特征。是擴壓管中的流動特征。l噴管截面與流速變化關系式：噴管截面與流速變化關系式：cdcMAdAa)1(21 1、噴管（降壓增速）、噴管（降壓增速）漸縮噴管：漸縮噴管：當進入噴管的氣流速度是當進入噴管的氣流速度是M M1 1的亞聲速氣流時，則沿氣流方向的亞聲速氣流時，則沿氣流方向噴管截面積必須逐漸縮小。噴管截面積必

6、須逐漸縮小。漸擴噴管：漸擴噴管：當進入噴管的氣流是當進入噴管的氣流是M M1 1的的超音速氣流時，則沿氣流方向噴管截超音速氣流時，則沿氣流方向噴管截面逐漸擴大。面逐漸擴大。漸縮漸擴噴管：漸縮漸擴噴管：將將M M1 1的亞聲速氣流增的亞聲速氣流增大到成為大到成為M M1 1的超聲速氣流，則噴管的超聲速氣流，則噴管截面由逐漸縮小轉為逐漸擴大。收縮截面由逐漸縮小轉為逐漸擴大。收縮與擴張之間的最小截面處稱為喉部。與擴張之間的最小截面處稱為喉部。cf p A cf p A cf p A 2 2、擴壓管（減速增壓）、擴壓管（減速增壓）漸縮擴壓管：漸縮擴壓管：當進入擴壓管的氣流速度是當進入擴壓管的氣流速度是

7、M M1 1的超聲速的超聲速氣流時，則沿氣流方向擴壓管的截面積應逐漸縮小。氣流時，則沿氣流方向擴壓管的截面積應逐漸縮小。漸擴擴壓管：漸擴擴壓管：當進入擴壓管的氣流是當進入擴壓管的氣流是M M1 1的亞聲速氣流的亞聲速氣流時，則氣流方向擴壓管的截面積應逐漸擴大。時，則氣流方向擴壓管的截面積應逐漸擴大。漸縮漸擴擴壓管：漸縮漸擴擴壓管：氣流的速度在擴壓管中由氣流的速度在擴壓管中由M M1 1的超聲的超聲速一直降低到速一直降低到M M1 1的亞聲速，則擴壓管截面由逐漸縮的亞聲速，則擴壓管截面由逐漸縮小轉為逐漸擴大。小轉為逐漸擴大。三、臨界參數(shù)三、臨界參數(shù) 臨界截面：臨界截面：MaMa1 1的涯聲速流動

8、與的涯聲速流動與MaMa1 1的超聲速流動的的超聲速流動的轉折點，又稱喉部。此處的參數(shù)稱為臨界參數(shù)。轉折點，又稱喉部。此處的參數(shù)稱為臨界參數(shù)。 臨界流速是漸縮噴管可能達到的臨界流速是漸縮噴管可能達到的最大出口速度最大出口速度，也，也是縮放性噴管喉部的速度。是縮放性噴管喉部的速度。 理想氣體的臨界流速：理想氣體的臨界流速：0001212RTvpcc10-3 10-3 噴管的計算噴管的計算一、流量計算一、流量計算1.1.漸縮噴管：漸縮噴管：如出口截面處的流速為如出口截面處的流速為v v2 2，比容為，比容為c c2 2，出，出口截面積為口截面積為f f2 2，則由連續(xù)性方程可得：，則由連續(xù)性方程可

9、得：222vcfm/s 最大流量為：ccvcfm2max/s 2. 2. 漸縮漸擴噴管漸縮漸擴噴管： ccvcfmminmax/s 二、臨界壓力比二、臨界壓力比臨界壓力臨界壓力P Pcrcr與進口壓力與進口壓力P P1 1之比為臨界壓力比。之比為臨界壓力比。過熱蒸汽：過熱蒸汽：干飽和蒸汽：干飽和蒸汽：1ppcrcr546. 0cr577. 0cr三、流速的計算三、流速的計算 出口流速：出口流速： 臨界流速：臨界流速：21272.44hhccchhc172.44四、噴管內(nèi)有摩擦阻力的絕熱流動四、噴管內(nèi)有摩擦阻力的絕熱流動22cc速度系數(shù)：速度系數(shù)：能量損失系數(shù)系數(shù)：能量損失系數(shù)系數(shù)：10-4 1

10、0-4 絕熱節(jié)流及其應用絕熱節(jié)流及其應用一、絕熱節(jié)流的概念一、絕熱節(jié)流的概念 流體在管道中流過突然縮小的截面，而又未流體在管道中流過突然縮小的截面，而又未及與外界進行熱量交換的過程。及與外界進行熱量交換的過程。二、絕熱節(jié)流的一般分析二、絕熱節(jié)流的一般分析1、過程的基本特性、過程的基本特性 h1h22、節(jié)流過程分析、節(jié)流過程分析1.1.理想氣體理想氣體 節(jié)流后，焓不變、溫度不變、壓力降低、節(jié)流后，焓不變、溫度不變、壓力降低、比容增大，由于是不可逆絕熱過程，節(jié)流比容增大，由于是不可逆絕熱過程，節(jié)流后熵的值增大。后熵的值增大。2. 2. 實際氣體實際氣體 節(jié)流前后焓不變，但溫度有三種可能，即節(jié)流前后焓不變，但溫度有三種可能，即升高、不變或降低。升高、不變或降低。 絕熱節(jié)流引起的溫度變化，稱絕熱節(jié)流絕熱節(jié)流引起的溫度變化，稱絕熱節(jié)流溫度效應溫度效應。節(jié)流后溫度升高，稱為熱效應；節(jié)。節(jié)流后溫度升高，稱為熱效應；節(jié)流后溫度降低，稱為冷效應；節(jié)流前后溫度不流后溫度降低，稱為冷效應；節(jié)流前后溫度不變，稱為零效應，所有理想氣體都