氣體和蒸汽流動特性及其應用

1、1 研究氣體流動過程中研究氣體流動過程中2 研究影響氣體在管內流的研究影響氣體在管內流的氣流速度變化氣流速度變化能量轉換能量轉換狀態(tài)參數(shù)變化狀態(tài)參數(shù)變化的的規(guī)律規(guī)律系統(tǒng)的外部條系統(tǒng)的外部條件件管道截面積的變化管道截面積的變化一一 概念概念穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流穩(wěn)流( (穩(wěn)定流動穩(wěn)定流動) )狀態(tài)不隨時間變化狀態(tài)不隨時間變化恒定的流量恒定的流量二二 幾個基本方程幾個基本方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程絕熱穩(wěn)定流動絕熱穩(wěn)定流動能量方程能量方程定熵過程定熵過程方程方程mmm.21const vfcm 0vdvfdfcdc由由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流特點特點適用于適用于任何任何工質工質可逆可逆和和不可逆不可逆過程過程截面面積截

2、面面積氣流速度氣流速度氣體比容氣體比容swzzgcchhq)(2)(12212212dhcd22)(2212122hhcc適用于適用于任何任何工質工質可逆可逆和和不可逆不可逆過程過程注注：增速增速以以降低降低本身本身儲能儲能為代價為代價 = const = const kpv0vdvkpdp可逆絕熱過程方程式可逆絕熱過程方程式適用條件適用條件: :(1)(1)理想氣體理想氣體(2)(2)定比熱定比熱(3)(3)可逆可逆微微分分注意注意: :變比熱變比熱時時 K K取取過程范圍內的平均值過程范圍內的平均值spa)(kRTa 微小微小擾動在流體中的擾動在流體中的傳播速度傳播速度壓力波的傳播過程壓力

3、波的傳播過程可作可作定熵定熵過程處理過程處理(1)(1) 音速音速0vdvkpdp定義式定義式: :定熵過程定熵過程理想氣體理想氣體只隨只隨絕對溫度絕對溫度而變而變acM 流速流速當?shù)匾羲佼數(shù)匾羲?定義式定義式M1 超音速超音速M=1 臨界音速臨界音速M0dp0由此可見由此可見導致dc 0導致噴管中的噴管中的流動特性流動特性擴壓管中擴壓管中的流動特性的流動特性vdpcdc 連續(xù)性方程連續(xù)性方程可逆絕熱過程方程可逆絕熱過程方程cdcMfdf) 1(2管道截面變化管道截面變化氣流速度變氣流速度變化化注注: :擴壓管擴壓管dc0,dc0,故不同音速下的形狀與噴管故不同音速下的形狀與噴管相反相反M1M

4、1M1M1M1df0df0df0漸擴漸擴df0df0漸縮漸擴漸縮漸擴噴管噴管dc0dc0M=1M=1df=0df=0臨界截面臨界截面流動狀態(tài)流動狀態(tài)管道種類管道種類管道形狀管道形狀M1M1M1dc0dc0dc0dc0噴管噴管dp0dp01 12 2M1M10fdf漸縮漸擴擴噴管M1漸縮漸擴擴壓管M1轉M1M10fdf21pp 21pp M=1M=1M1M1M121pp 擴壓管擴壓管dp0dp021pp 21pp 21pp 0fdf0fdf1 12 21 12 21 12 21 12 2M=1M=122110chhpccTT2211011010kkTTpp一一 定熵滯止參數(shù)定熵滯止參數(shù)將具有一定

5、速度的氣流在將具有一定速度的氣流在定熵條件定熵條件下擴壓，使其下擴壓，使其流速降低為零流速降低為零時的參數(shù)時的參數(shù) 定義：定義： 參數(shù)表達式參數(shù)表達式1101)(10kTTvv下角標為下角標為0 0的的是定熵滯止參數(shù)是定熵滯止參數(shù)下角標為下角標為1 1的的是進口參數(shù)是進口參數(shù))(2212122hhcckkppRTkkc10202112)(72.44202TTccp由絕熱穩(wěn)定流動能量方程由絕熱穩(wěn)定流動能量方程對理想氣體對理想氣體對實際氣體對實際氣體1ppc(1)臨界壓力比臨界壓力比)(1 121111kkccppvpkkc代入出口流速方程代入出口流速方程ccccvkpackkcccppvpvp1

6、111)(10)12(kkckpp臨界流速表達式臨界流速表達式定熵過程定熵過程方程式：方程式：臨界壓力臨界壓力進口壓力進口壓力特別的對特別的對雙原子氣體：雙原子氣體： 528. 0222vcfm kkvpvp2211)/( )()(12112212112skgppppvpkkfmKKk一般通過計算一般通過計算最小截面最小截面的質量流量的質量流量由由連續(xù)性方程連續(xù)性方程知，各個截面的質量流量相等知，各個截面的質量流量相等（1）漸縮噴管的質量流量計算漸縮噴管的質量流量計算12bpp 2cbpp cbpp cpp 2理想氣體理想氣體的定熵流動的定熵流動出口出口截面截面質量流量質量流量注意注意 的取值

7、的取值2pmmaxm0cb1/ ppc1/ ppba1.0)/()12(1211122maxskgvpkkkfmk11)12(kkckpp正常工作時正常工作時M=)/()12(121112minmaxskgvpkkkfmkfpkTpb、001 1 噴管的設計計算噴管的設計計算bpp 2已知已知00ppppcbcbpp 1)1) 當當 即即 采用漸縮噴管。采用漸縮噴管。00ppppcbcbpp 2 2）當當 即即 采用縮擴噴管。采用縮擴噴管。 出發(fā)點：出發(fā)點：fpkTpb、00已知已知00ppppcbcbpp 1)1) 當當 即即 bpp 200ppppcbcbpp 2 2）當當 即即 cpp

8、2噴管的最大流量噴管的最大流量 cccvcfmmax kg/s 定熵流動的定熵流動的基本關系式基本關系式和和管道截面變化規(guī)律管道截面變化規(guī)律的的關系式相同關系式相同擴壓管是在已知擴壓管是在已知進口參進口參數(shù)數(shù)進口速度進口速度和和出口速度出口速度的情況下計算的情況下計算出口壓力出口壓力擴壓管與噴管的擴壓管與噴管的區(qū)別區(qū)別與與聯(lián)系聯(lián)系注注:動能損失得越多壓力增加得越多動能損失得越多壓力增加得越多定義式定義式12pp22222211cTccTcpp122211221TcccTTp11222111212)21 ()(kkpkkTcccTTpp進口壓力出口壓力由能量由能量方程得方程得則定熵過程則定熵過程

9、22cc22121222222hhhhcc定義式定義式實際出口速度實際出口速度定熵過程出口速度定熵過程出口速度大致在大致在0.940.94至至0.980.98之間之間速度系數(shù)速度系數(shù)噴管效率噴管效率消耗一部分功消耗一部分功一般在一般在0.90.9至至0.950.95之間之間q定義：氣體在管道中流過突然縮小的截面，定義：氣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而又未及與外界進行熱量交換的過程q特點：絕熱節(jié)流過程特點：絕熱節(jié)流過程前后前后的焓相等，但的焓相等，但整整個個過程絕不是等焓過程。過程絕不是等焓過程。 流體在通過縮孔時流體在通過縮孔時動能動能增加增加，壓力壓力下降下降并并產生強烈產生強烈擾動和摩擦擾動和摩擦。擾動和摩擦的。擾動和摩擦的不可逆不可逆性性，導致導致整個過程的不可逆性。整個過程的不可逆性。在縮孔附近，流速 ，焓q不可逆性：不可逆性：(1) 對理想氣體對理想氣體12111chp222chpchp溫度溫度不變不變壓力壓力下降下降比容比容增加增加熵熵增加增加焓焓不變不變注注:理想氣體的理想氣體的焓焓是是溫度溫度的的單值函數(shù)單值函數(shù)節(jié)流前后節(jié)流前后焓焓不變不變,溫度溫度不一定不變不一定不變絕熱節(jié)流溫度效應絕熱節(jié)流溫度效應溫度效應只與溫度效應只與氣體的性質氣體的性質有關有關,與其與其狀態(tài)狀態(tài)無關無關熱熱效應效應零零效應效應冷冷效應效應溫度溫度