熱工基礎(chǔ)與應(yīng)用 (第4版)課件：噴管和擴(kuò)壓管

噴管和擴(kuò)壓管本章研究氣體和蒸氣在變截面短管內(nèi)的流動(dòng)。

最后獲得噴管和擴(kuò)壓管的流動(dòng)規(guī)律.先分析可逆流動(dòng)，然后對不可逆過程進(jìn)行修正。流動(dòng)為一元流動(dòng)。先分析理想氣體過程，再分析蒸氣過程。§13-1穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程式一、質(zhì)量守恒方程1122對上式進(jìn)行微分得二、能量守恒方程對于穩(wěn)定流動(dòng)過程有對于變截面短管內(nèi)的流動(dòng)有對于微元過程有可逆時(shí)（13---1b)流動(dòng)過程中,當(dāng)c

=0的點(diǎn)稱為滯止點(diǎn)，相應(yīng)的狀態(tài)稱為滯止?fàn)顟B(tài)，參數(shù)稱為滯止參數(shù)。(定熵滯止）對于理想氣體有01Ts三、過程方程對于理想氣體可逆過程微分后得四、狀態(tài)方程五、聲速和馬赫數(shù)由物理學(xué)可知，聲音在介質(zhì)中傳播的速度為對于理想氣體定熵過程所以馬赫數(shù)定義為當(dāng)Ma<1時(shí)亞聲速流動(dòng)當(dāng)Ma>1時(shí)超聲速流動(dòng)當(dāng)Ma=1時(shí)聲速流動(dòng)§13-2流動(dòng)的特征方程由能中方程可得(力學(xué)條件)或上式兩邊同除于c2,并對方程右邊分子和分母同乘以κp得：

由過程方程式得將上式代入質(zhì)量守恒方程得上式稱為流動(dòng)的特征方程。（13---1b)特征方程分析一、當(dāng)沿流動(dòng)方向定熵膨脹，壓力降低，流速增加時(shí)；即(p↓、

T↓、c↑)（dc

>0噴管)當(dāng)Ｍa<1時(shí)，dA<0,氣流截面收縮；當(dāng)Ｍa=1時(shí)，dA=0,氣流截面收至最?。划?dāng)Ｍa>1時(shí)，dA>0,氣流截面擴(kuò)張；Ｍa<1Ｍa≤1dA<0漸縮Ｍa>1Ｍa

≥1dA>0漸擴(kuò)Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0縮放二、當(dāng)沿流動(dòng)方向定熵壓縮；流速減小，壓力上升時(shí)；

即(c↓、

p↑、

T↑)（dc<0,dp>0擴(kuò)壓管)Ｍa>1Ｍa≥1dA<0漸縮Ｍa<1Ｍa≤1dA>0漸擴(kuò)Ｍa>1Ｍa=1Ｍa<1dA<0dA>0dA=0縮放流體被加速時(shí)，沿流動(dòng)方向流體參數(shù)的變化規(guī)律(dc

>0)xpcacxpcacＭa<1Ｍa≤1dA<0漸縮Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0pcr

Tcrccr=ca,cr(臨界截面)§13-3噴管的計(jì)算噴管：用于加速氣流的管道稱為噴管。1、漸縮噴管2、縮放噴管（拉伐爾噴管）Ｍa<1Ｍa≤1１１２２Ｍ<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0１１２２一、噴管的流速計(jì)算及分析

（主要是出口截面的流速計(jì)算與分析）由當(dāng)c=0時(shí)的狀態(tài)稱為滯止?fàn)顟B(tài)，對于理想氣體有當(dāng)c1<<c2

時(shí)，或c1較小時(shí)對于理想氣體可逆過程１1/21/43/40p2/p0c在縮放噴管的最小截面,即臨界截面處有則從上式可推得νcr稱為臨界壓比二、噴管的流量計(jì)算1/2p2/p001qmabc對于漸縮噴管對于縮放噴管三、噴管的設(shè)計(jì)在給定流量qm，初始參數(shù)p1、t1、c1、及背壓pb(噴管出口處環(huán)境壓力)，設(shè)計(jì)一噴管。設(shè)計(jì)的原則是充分利用給定的壓差Δp=p1－pb,獲得盡可能高的流速。(1)、求滯止參數(shù)（當(dāng)c1不能忽略是）(2)、選擇噴管類型,確定出截面上的壓力.對于理想氣體(3)、計(jì)算出口截面參數(shù)及最小截面參數(shù)1)若選擇的是漸縮噴管,則出口截面就是最小截面Ma<1Ｍa≤1１１２２012Ts2)若選擇的是縮放噴管Ｍa<1Ｍa=1Ｍa>1dA<0dA>0dA=0１１２２**、背壓變化對噴管流動(dòng)的影響以上噴管的設(shè)計(jì)原則是讓噴管的出口壓力等于背壓，這樣就能在噴管中充利用壓差來加速氣流速度。但當(dāng)背壓發(fā)生變化時(shí)，流動(dòng)會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？(1)、漸縮噴管pb

p1p2１１２２p2當(dāng)pb↓，但pb≥pcr=νcr×p0

時(shí)，p2=pb,噴管正常工作；當(dāng)pb↓，且pb<pcr

時(shí)，p2=pcr,有壓差Δp=pcr－pb沒有被充分利用來加速氣流，故噴管在非正常下工作。（原因在于漸縮噴管出口的流速最大只能達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀伲瘩R赫數(shù)最大達(dá)到1，所以出口截面的壓力最低只能下降到p2=pcr。）pb<pcrxppb>pcrpb=pcr設(shè)計(jì)工況(2)、縮放噴管p1Ｍa=1p2pb>p2xppb=p2pb<p2假定設(shè)計(jì)后縮放噴管的出口壓力為p2d=pb當(dāng)pb↑，即

pb>p2d時(shí)，p2

隨著pb的增加而增加，并有p２＝pb

,噴管內(nèi)部出現(xiàn)壓力突變(產(chǎn)生激波)，噴管處于非正常工況；當(dāng)pb↓，即

pb<p2d

時(shí)，p2=p2d,有壓差Δp=p2d-

pb沒有被充分利用來加速氣流，故噴管在非正常下工作。四、噴管校核計(jì)算校核計(jì)算主要是漸縮噴管的校核計(jì)算。一般情況是給定噴管進(jìn)口參數(shù)，出口截面面積及背壓，計(jì)算出口截面參數(shù)及流量，即已知p1、T1、A2、pb，求p2、T2、v2、c2、qm。(1)、求滯止參數(shù)(2)、確定出截面上的壓力p2(3)、計(jì)算出口截面參數(shù)§13-4有摩阻的絕熱流動(dòng)（不可逆絕熱流動(dòng)）12Ts2′不可逆因素的大小用速度系來衡量，定義為也可以用能量損失系數(shù)表示，定義為§13-5絕熱節(jié)流1122絕熱節(jié)流前后的參數(shù)變化為2s1hs2對于理想氣體，絕熱節(jié)流后T2=T1，對于實(shí)際氣節(jié)流后溫度如何變化？§13-6擴(kuò)壓管工程中常見的是亞聲速氣流進(jìn)行擴(kuò)壓，常用漸縮型擴(kuò)壓管

請看思考題p231例題

空氣流經(jīng)一出口截面面積為A2=10cm2的漸縮噴管，噴管進(jìn)口空氣的參數(shù)p1=2.0MPa、t1=80℃、cf1=150m/s，背壓pb=0.8MPa,試求噴管出口處空氣的流速和流經(jīng)噴管的空氣流量。若噴管的速度系數(shù)為0.96，噴管的出口流速的流量又為多少？T0=364.2Kp