氣體的一維流動課件

第七章氣體的一維流動應(yīng)用范圍氣體流速較高,氣體壓縮性將明顯地影響它許多熱力學(xué)和動力學(xué)特性。各類氣體輸送管道、噴管、擴(kuò)壓管、斜切噴管、葉柵流道等。第一節(jié)微弱壓強(qiáng)波的一維傳播cc連續(xù)性方程動量方程略去高階微量，得（1）（2）第一節(jié)微弱壓強(qiáng)波的一維傳播討論：（1）聲速是狀態(tài)參數(shù)（2）越大，越易壓縮，c越小音速是反映流體壓縮性大小的物理參數(shù)（3）當(dāng)?shù)芈曀伲?）空氣馬赫數(shù)第一節(jié)微弱壓強(qiáng)波的一維傳播流場中任一點的流速與當(dāng)?shù)匾羲僦?，稱為該點處氣流的馬赫數(shù)，以符號Ma表示根據(jù)馬赫數(shù)的大小把流動分為：Ma<1：亞音速流Ma＝1：音速流Ma>1：超音速流第二節(jié)氣體特定狀態(tài)和參考速度（1）滯止?fàn)顟B(tài)如果按一定的過程將氣流速度滯止到零，此時的參數(shù)就稱為滯止參數(shù)，分別以表示：（2）極限狀態(tài)（最大速度狀態(tài)）如果氣流的絕對溫度降到零，即氣流的焓全部轉(zhuǎn)化為動能，這時氣流的速度將達(dá)到極限速度當(dāng)T＝0時，則第二節(jié)氣體特定狀態(tài)和參考速度氣流速度與臨界音速之比稱為速度系數(shù)，用M*表示，即可以得到第二節(jié)氣體特定狀態(tài)和參考速度作用：絕能流中，ccr=常數(shù)，當(dāng)v=vmax時，速度系數(shù)速度系數(shù)與馬赫數(shù)的關(guān)系圖01234567123第二節(jié)氣體特定狀態(tài)和參考速度第三節(jié)正激波當(dāng)超聲速氣流繞過大的障礙物時,氣流在障礙物前將受到急劇的壓縮,它的壓強(qiáng)、溫度、密度都將突躍地升高，而速度則突躍地降低，這種流動參數(shù)發(fā)生突躍變化的強(qiáng)壓縮波叫激波。激波是超聲速氣流中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象。一、激波的分類第三節(jié)正激波

⒈正激波：氣流方向與波面垂直，如圖(a)；縮放噴管的超聲速段⒉斜激波：氣流方向與波面不垂直，如圖(b)；超聲速氣流繞葉片⒊曲線激波：波形為曲線形，如當(dāng)超聲速氣流流過鈍頭物體時，在物體前面往往產(chǎn)生脫體激波，這種激波就是曲線激波，如圖(c)所示。

二、激波的形成和厚度第三節(jié)正激波由于活塞先后發(fā)出的壓縮波并不以相同的絕對速度向前傳播，因為后面的波是在前面的波已擾動的基礎(chǔ)上發(fā)出的，而后面的擾動波的速度比前面波的速度要快，故后面的波最終將追趕上前面的波而形成一道強(qiáng)的壓縮波即激波。

激波與微弱壓縮波有著本質(zhì)的區(qū)別，其主要表現(xiàn)為：(1)激波是強(qiáng)壓縮波，經(jīng)過激波氣流參數(shù)變化是突躍的；(2)氣體經(jīng)過激波受到突然地，強(qiáng)烈地壓縮，必然在氣體內(nèi)部造成強(qiáng)烈的摩擦和熱傳導(dǎo)，因此氣流經(jīng)過激波是絕能不等熵流動；(3)激波的強(qiáng)弱與氣流受壓縮的程度（或擾動的強(qiáng)弱）有直接關(guān)系。三、正激波的傳播速度第三節(jié)正激波21δxvsvg連續(xù)性方程動量方程氣流的溫度突躍、密度突躍與壓強(qiáng)突躍一一對應(yīng)；激波的傳播速度和波后氣流的傳播速度只決定于壓強(qiáng)突躍（P158藍(lán)金-許貢紐公式）。第三節(jié)正激波氣流經(jīng)過激波時，部分動能不可逆轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，氣流受到劇烈加熱，溫度增高，從而使壓?qiáng)突躍引起的密度突躍受到限制。例題設(shè)長管中靜止空氣參數(shù)p1=1.013×105Pa，T1=288K，γ=1.4。用活塞壓縮氣體以產(chǎn)生激波，波后壓強(qiáng)p2=1.1143×105Pa。求ρ2，T2，c2以及vs、vg。第三節(jié)正激波四、正激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系波阻正激波前后氣流參數(shù)只與Ma和完全氣體比熱比有關(guān)系。標(biāo)志激波強(qiáng)度的壓強(qiáng)幾乎與波前馬赫數(shù)的平方成正比，說明來流馬赫數(shù)的高低是激波強(qiáng)弱的主要標(biāo)志。激波強(qiáng)度越強(qiáng)，經(jīng)過激波，機(jī)械能損失越大。第三節(jié)正激波四、正激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系波阻氣流經(jīng)過激波，速度降低，動量減小，熵值增加，因而必有作用在氣流上與來流方向相反的力；引起激波的物體，必然受到與上述作用力大小相等、與來流方向相同的反作用力，即氣流作用在物體上的阻力，這種阻力因激波的存在而產(chǎn)生。激波越強(qiáng)，波阻越大。第四節(jié)變截面管流前提:定比熱容;完全氣體;一維;定常;絕能等熵流。激波出現(xiàn)時，另當(dāng)考慮。噴管和擴(kuò)壓管流速變化與截面變化的關(guān)系流動狀態(tài)管道種類管道形狀Ma<1Ma>1dv>0dv<0噴管dp<012Ma<1漸縮漸擴(kuò)擴(kuò)噴管Ma<1轉(zhuǎn)Ma>1漸縮漸擴(kuò)擴(kuò)壓管Ma>1轉(zhuǎn)Ma<112Ma>1Ma=1Ma<1Ma>1擴(kuò)壓管dp>012121212Ma=1第四節(jié)變截面管流二、噴管流動的計算和分析

（a）能獲得亞聲速流或聲速流的收縮噴管。（b）獲得超聲速流的縮放噴管。pTTTρTp1pamb最大流量：1、出口流速和流量：第四節(jié)變截面管流（b）獲得超聲速流的縮放噴管。1、出口流速和流量面積比公式喉部面積圖7-12第四節(jié)變截面管流（縮放噴管）2、變工況流動分析（1）設(shè)計工況下氣流在噴管中作正常完全膨脹：６所示（2）氣體在噴管中作正常膨脹、但在出口截面產(chǎn)生激波，４所示（3）噴管中的氣體在喉部達(dá)到聲速，其余全為亞聲速時出口截面壓強(qiáng)比：２所示第四節(jié)變截面管流（縮放噴管）四種流動狀態(tài)：（１）氣流在噴管內(nèi)作正常的降壓膨脹，由于氣流在噴管出口截面的壓強(qiáng)p１高于背壓，所以超聲速氣流流出噴管后，將在出口外以膨脹波的形式繼續(xù)膨脹，稱為膨脹不足．背壓降低不影響噴管內(nèi)氣流的流動，因為微弱壓強(qiáng)波不能在超聲速氣流中逆向傳播。（２）氣流在噴管內(nèi)作正常的降壓膨脹，由于氣流在噴管出口截面的壓強(qiáng)p１低于背壓，所以超聲速氣流流出噴管后，將受到高背壓的壓縮．形成噴管出口外激波系，氣流經(jīng)過激波，壓強(qiáng)躍升，以適應(yīng)高背壓的環(huán)境，稱為膨脹過度，外激波系不影響氣流在管內(nèi)的流動。第四節(jié)變截面管流（縮放噴管）（３）在噴管擴(kuò)張段出現(xiàn)正激波，當(dāng)波后壓強(qiáng)p２等于環(huán)境背壓時，激波穩(wěn)定在噴管出口處，當(dāng)背壓大于出口正激波的壓強(qiáng)時，激波向管內(nèi)上游