工程熱力學第7章

1、工程熱力學第7章第1頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動7-1 穩(wěn)定流動的基本方程一、連續(xù)性方程 主要研究理想氣體穩(wěn)定可逆絕熱流動，然后通過修正應用到水蒸氣和不可逆流動 12x1x2第2頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三二、能量方程根據開口系能量方程 約等于零等于零微分上式等于零第七章 氣體流動第3頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三所有截面上的焓加動能之和都相等動能變小，焓將變大；動能為零，焓達最大定義：流體速度為零的截面稱為滯止截面； 此時流體的狀態(tài)稱為滯止狀態(tài)。相應的參數稱為滯止參數。如滯止壓力， 滯止溫度，滯

2、止焓。所有截面上的滯止焓均相同理想氣體：第七章 氣體流動第4頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三如果是可逆絕熱滯止，無異于可逆絕熱壓縮 水蒸氣可在焓熵圖上求滯止溫度和壓力。過0點的定線，定溫線的壓力和溫度即為滯止壓力和滯止溫度。第七章 氣體流動第5頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三絕熱滯止理想氣體水蒸氣第七章 氣體流動第6頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三三、過程方程四、聲速方程1、聲速第七章 氣體流動第7頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三2、馬赫數某截面的流速同一截面的聲速亞音速音速臨界截面超音速聲速是狀態(tài)

3、參數超聲速一定大于亞聲速嗎？為什么？第七章 氣體流動第8頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三7-2 促使流速改變的條件一、力學條件第七章 氣體流動絕熱能量方程技術功0第9頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動壓力下降，速度增加速度下降，壓力增加噴 管擴壓管第10頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三二、幾何條件第七章 氣體流動通流截面的面積影響速度第11頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動截面變小，速度增加截面變大，速度增加噴管擴壓管只有縮放管才能將亞音速流加速到超音速流第12頁，共50

4、頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三三、外部條件第七章 氣體流動（1）漸縮噴管1122如果則如果則背壓漸縮噴管出口壓力最低只能降至臨界壓力工質離開出口后將要進入的空間的壓力第13頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動（2）縮放噴管1122如果則不能用縮放噴管 如果則背壓在漸擴段的哪個截面開始達到背壓，取決于截面積的大小，往后維持背壓不變其管段是無效的。 使用縮放噴管的目的一定是要將氣流從亞音速加速到超音速。那么背壓一定是小于臨界壓力的。第14頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動（3）臨界壓力第15頁，共50頁，20

5、22年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動臨界壓力比雙原子氣體k=1.4過熱蒸汽干飽和蒸汽經驗數據只與物性有關第16頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三例7.1 噴管選型問題第七章 氣體流動臨界壓力只與工質的物性和滯止狀態(tài)有關（1）欲使壓力為0.5MPa，溫度為600K，速度為100m/s的空氣經噴管盡可能加速后流入壓力為0.1MPa的空間，試選擇噴管形式。解：滯止溫度第17頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動滯止壓力臨界壓力應選用縮放噴管（2）欲使滯止參數為壓力0.5MPa，溫度為600K，的空氣經噴管加速到400m/s。試

6、選擇噴管形式。第18頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動解：臨界溫度臨界速度應選用漸縮噴管第19頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三 7-3 噴管計算一、流速第七章 氣體流動普遍適用理想氣體可逆過程第20頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動二、流量第21頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三三、噴管尺寸第七章 氣體流動（1）漸縮管關鍵尺寸是出口截面積（2）縮放管關鍵尺寸是最小截面積、出口截面積、漸擴段長度l第22頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動例

7、7-2 由穩(wěn)定氣源流來的壓縮空氣壓力等于0.3MPa，溫度等于500K，流量等于5kg/s。用漸縮噴管加速后流入背壓為0.1MPa的空間，試計算出口速度和面積。第23頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動決定出口壓力第24頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動例7-3 水蒸氣初速100m/s、壓力等于2MPa、溫度等于300C，經縮放噴管流入背壓為0.1MPa的空間，噴管最小截面積 ，試計算出口速度、面積和流量。第25頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動第26頁，共50頁，2022年，5月2

8、0日，4點24分，星期三第七章 氣體流動例7-4 空氣進入噴管時流速為300 m/s，壓力為0.5 MPa，溫度450 K，噴管背壓pb=0.28 MPa，求：噴管的形狀，最小截面積及出口流速。已知：空氣cp= 1 004 J/(kgK)，Rg= 287 J/(kgK)解：滯止過程絕熱由于cf1=300 m/s，所以應采用滯止參數第27頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動所以采用縮放噴管第28頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三或第七章 氣體流動第29頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三例7-5 滯止壓力為0.65 M

9、Pa，滯止溫度為350 K的空氣，可逆絕熱流經一收縮噴管，在噴管截面積為2.610-3 m2處，氣流馬赫數為0.6。若噴管背壓為0.30 MPa，試求噴管出口截面積A2。解：在截面A處：第七章 氣體流動第30頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動第31頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三出口截面：據噴管各截面質量流量相等第七章 氣體流動第32頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三例7-6 大儲氣柜內有初溫t1=100，壓力為p1= 4.90 MPa的氫氣。氫氣經漸縮噴管流入背壓pb=3.9MPa的外界，設噴管的出口截面積A

10、2= 20 mm2，試求： 1）氫氣外射的速度及流量； 2）若初始條件不變，噴管不變，氫外射入大氣，求外射時的流速及流量。 已知氫氣Rg=4.12 kJ/(kgK)，cp=14.32 kJ/(kgK）第七章 氣體流動第33頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動解：1）首先確定p2第34頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三確定p2，由于pb= 0.1 MPa pcr2）第七章 氣體流動第35頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動第七章第一次習題習題 8-2、8-3、8-5、8-7 8-11第36頁，共50頁，

11、2022年，5月20日，4點24分，星期三7-4 背壓影響簡介第七章 氣體流動一、漸縮噴管都不變氣流離開出口后，自由膨脹，壓力陡降且出現(xiàn)波動第37頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動二、縮放噴管按 設計都不變氣流離開出口后，壓力陡降且出現(xiàn)波動不變出現(xiàn)激波壓力躍升的沖擊波激波出現(xiàn)在漸擴的某個截面上，背壓越高，離臨界面越近。壓力升高后，按擴壓管工作。第38頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動7-5 有摩阻的絕熱流動一、流動分析不可逆絕熱12動能損失摩擦動能變成熱能加熱工質溫度升高第39頁，共50頁，2022年，5月20日，4點

12、24分，星期三第七章 氣體流動二、影響系數（1）速度系數（2）能量損失系數第40頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動 在實際工程問題中，會到的流動都是不可逆流動。根據經驗和實驗數據，將各種不同摩擦情況下的速度系數編制在相關的設計手冊中待查。噴管的速度系數取值范圍約是三、有摩阻的計算問題 先當作可逆流動計算出口速度，然后再用速度系數修正得到實際速度，最后推算出口焓、溫度、比容和截面積等。第41頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動例7-2 有摩阻的流動問題 某種氣體流入絕熱漸縮噴管，壓力和溫度分別為0.6MPa和800C，速度

13、為100m/s。若速度系數等于0.92，流量1.7kg/s，求出口截面積和做功能力損失。環(huán)境溫度300K第42頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動解：先求滯止參數第43頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動再求可逆出口參數修正到實際情況第44頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動第45頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動7-6 絕熱節(jié)流一、絕熱節(jié)流的特點1221緊挨節(jié)流孔板兩側由于摩擦出現(xiàn)渦流，消耗動能，是典型的不可逆過程。宏觀上表現(xiàn)在沿流向壓力降低，熵增大。0第46頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動二、絕熱節(jié)流的工程應用1.制冷工程節(jié)流微分效應+冷效應0零效應-熱效應節(jié)流積分效應節(jié)流后溫度可能升高、不變、降低。既與節(jié)流前工質的狀態(tài)有關，又與節(jié)流深度有關。第47頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動大容器轉回曲線定焓線（1）如果初態(tài)落在轉回區(qū)域內，節(jié)流后溫度一定降低，節(jié)流越深，溫降越大。第48頁，共50頁，2022年，5月20日，4點24分，星期三第七章 氣體流動（2）初態(tài)溫度大于 或小于 無