第章 氣體和蒸汽的流動

第9章氣體和蒸汽的流動基本要求：1．深入理解噴管和擴壓管流動中的基本關(guān)系式和滯止參數(shù)的物理意義，熟練運用熱力學理論分析亞音速、超音速和臨界流動的特點。2．對于工質(zhì)無論是理想氣體或蒸汽，都要熟練掌握漸縮、漸縮漸擴噴管的選型和出口參數(shù)、流量等的計算。理解擴壓管的流動特點，會進行熱力參數(shù)的計算。3．能應用有摩擦流動計算公式，進行噴管的熱力計算。4．熟練掌握絕熱節(jié)流的特性，參數(shù)的變化規(guī)律?；局R點：9．1絕熱流動的基本方程穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化。二、連續(xù)性方程由穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流特點，const而得：該式適用于任何工質(zhì)可逆與不可逆過程三、絕熱穩(wěn)定流動能量方程對絕熱、不作功、忽略位能的穩(wěn)定流動過程得：說明：增速以降低本身儲能為代價。五四、定熵淹過程方程鎖派漫由可逆絕炭熱過程方癢程路集=蟲cons統(tǒng)t得：差五、音速黨與馬赫數(shù)滴音速：微銹小擾動在飽流體中的兆傳播速度征。痛定義式想：艘咸注意：計壓力波的份傳播過程濃作定熵過遵程處理。保特別的貧，障駕對理想氣罪體：館只隨絕對齡溫度而變增另馬赫數(shù)（完無因次量描）窯：流速與瓣當?shù)匾羲倌w的比值愈M轎>1扛，超音捉速德青M=1折閑淘臨界音速腐M<1寫遞亞音城速萌暢9代．券2鉤定熵流動欺的基本特傭性愛一、氣體胖流速變化罷與狀態(tài)參士數(shù)間的關(guān)上系摸對定熵過哀程，由銅dh=v學dp受，得到夾：包肅嫩絮亂適用于定煌熵流動過子程。猜分析她：療1近。均氣流速度圾增加泰(況dc>0秀)辮，必導致宅氣體的壓宜力下降海(亦dp<0駁)猶。喊2蜘。氣體速膨度下降濾(溫dc<0早)瓶，則將導背致氣體壓毅力的升高造(遵dp>0箭)嫩。小二、管道岡截面變化仙的規(guī)律齊聯(lián)立落、連續(xù)性機方程、可祖逆絕熱過魄程方程得到：分析：終對噴管：帆當自M<1之，因為染dc>0劣，則噴管佳截面縮小疤df<寶0格，稱漸縮虜噴管。諸M>1賠的超音速贈氣流時麗，泛精必須龍df>0圾稱漸擴噴現(xiàn)管。們?nèi)簦簩⒊齅<1的增大到辱M>1屋，則噴管詳截面積由歲df<0偶轉(zhuǎn)變?yōu)樗蝑f>0母，稱為漸爛縮漸擴噴忙管，稱拉柱伐爾擊(壇Lava哀l街)止噴管。鉆稱扁M=1懼而諒df=0過為喉部，司此處的截拉面稱臨界斃截面。子對擴壓管陷反之。嚇9孕．拉3起菌噴管中流悠速及流量冬計算甘定熵滯止?jié)釁?shù)閑將具有一線定速度的鄙氣流在定塑熵條件下萬擴壓，使瞎其流速誓/南降低為零纖。由蟲康絨應用等熵哪過程參數(shù)捐間的關(guān)系韻式得：譽姥蟻得爬袖二、噴管搭的出口流歲速練朵棚對理想氣查體：眠對實際氣盲體：妖三、臨界猾壓力比及嗎臨界流速雞特別的對尺雙原子氣沫體：推四、流量席與臨界流斬量kg/s寧五、噴管稈的計算銅噴管的設低計計抽算晶杏出發(fā)點：粥當流體流軍過噴襖管繳恨，已知澆、包f條1)修當都棵芒嚼即津際爸盯采用漸縮給噴管。剝甚2訊）當檢勉肢吧即降兆配柏采用縮擴棄噴管。爐漸縮噴管擠的校和計尚算蹤當流體流火過漸縮噴學管腹疲，已知教、混f疼1)稍當與娘伙渠即雕執(zhí)賭2毛）當聞康剃校即賀竿噴管的最內(nèi)大流慮量沒它裹kg/s起水蒸汽流遼速、流量商的計算：例題精要洗例窯1?。簤毫榛?0ba泊r尊，溫度旗為酷45閥0邪℃督的蒸汽經(jīng)撿節(jié)流降為噸5bar慘，然后定萬熵膨脹至屬0.1b螞ar勢，求絕熱拋節(jié)流后蒸田汽溫度變堆為多少度早？熵變了趙多少？由別于節(jié)流，百技術(shù)功損搞失了多少歷？向解開：由初壓仇p旺1穩(wěn)=30b畝ar勢，梨t陸1涉=隔45政0邊℃脹在水蒸氣桑的吸h粉-套s狼圖（圖旱9.1研）上定出飛點堡1哭，查得收h漿1設=335扯0kJ/國kg近s甲1造=7.1職kJ/(胳kg洞·挪K)就因絕熱節(jié)奔流前、后言焓相等，營故由首h間1丙=電h藝2咳及煌p犯2穴可求節(jié)流治后的蒸汽找狀態(tài)否點獻2媽，查得脹t塔2糞=孤44屠0早℃盛；某蝶持s太2它=7.4摸9kJ/量(kg繪·交K)叫因此，節(jié)摸流前后熵立變量為臨Δ瘋s組=蒙s汪2禿-謊s誼1齒=7.9考4厭－蘋7.1=掩0圾.84k騾J/(k串g急·未K)借Δ疑s環(huán)＞療0軍，可見絕窩熱節(jié)流過孤程是個不煎可逆過程附。若節(jié)流吧流汽定熵曬膨脹至脖0.1b密ar郊，由漲=225南0握kJ/k壇g逮，可作技輪術(shù)功為榨若節(jié)流后郵的蒸汽定放熵膨脹至艷相同壓力削0.1b傻ar撕，由圖查董得賄=251抹2意kJ/k揉g肌，可作技劇術(shù)功為歇絕熱節(jié)流句技術(shù)功變宿化量為神結(jié)果表明原，由于節(jié)丑流損失了完技術(shù)功。擊9摘．呆4胡牌擴錯減壓瞞稈管莊已知：進景口參數(shù)、粱進口速度俘、出口速祝度，求出口口壓力得：壯例透2徐狠竟空氣流經(jīng)臉一斷面為擠0.1m龍2槐的等截面篇管道，且預在粗點霞1奔處測得跡c跌1鏡=100艦m/s今、舌p彈1脂=1.5冊bar蓬、銀t霉1已=100輩℃仍；在詢點廁2梯測得踩p遲2滴=1.4黎bar復。若流動焰是無摩擦份的，求：完（飛1情）質(zhì)量流兆量；捎（星2婚）區(qū)點副2戚處的流速盾c叢2甜和溫運度濕T綁2孕；撿（動3奔）滿點飛1面和禽點互2活之間的傳則熱量。若俗流動是有尸摩擦的，幣計算：赤（忌1本）質(zhì)量流述量；禿（繁2表）漸點弱2凝處的流速引c攝2日和溫度利t感2茶；蛾（登3棟）管壁的責摩擦阻力燃。咸解陪和怨對于無摩跪擦的絕熱兵流動：槐（鞭1惱）空氣的冒質(zhì)量流量透可由連續(xù)今性方程和平氣體特性掩方程求得嫌：渾kg/呆s奇(潛2盈)金點鄉(xiāng)2攻處的流速武可由動量轎守恒并在擋無摩擦的梳情況下求搖得：m/s張(我3)洞點況1侮和蕩點響2束的熱量變她化可由能赤量方程求沈得：勸在流動過夢程摧中容W造12槍=0∴檔=田3290勢鑰kJ浸對于有摩如擦的絕熱咬流動：母（辮1香）質(zhì)量流寬量同前，熊即惡m=14危.012鼻kg/s格（適2叨）覆點爬2屬處的流速蒜和溫度可飽由能量方絕程和狀態(tài)秒方程求得解因為是絕蝴熱流動，音所以炒Q敲12曾=0固，Ｗ娃12冶＝嶄0簽代入上式村得：m/sK駁(雞3)冠管壁摩擦也阻力由動鏈量方程得騎：米因役f仁1倚=f架2鑒，故緩9為．岔5月具有摩擦屬的流動便定義速度捷系數(shù)：嚷噴管效率唇：辰得到：銅例茄3幕：粒已知氣體姥燃燒產(chǎn)物見的紋c微p聾=1.0估89kJ殘/kg許·蹈K怠和訂k癢=1.3溜6包，并以流巨量浴m天=45k筒g/s特流經(jīng)一噴墾管，進口批p掩1困=勵1尿bar爺、須T思1己=110坊0懂K望、政c鳥1止=180綠0m/s補。噴管出瓣口氣體的府壓力言p屑2輪=0.3容43ba森r饒，噴管的刮流量系數(shù)已c展d毅=精0走.捷9丙6遲；噴管效富率為哥=0蜓.錢8愁8樂。求合適派的喉部截夾面積、噴舉管出口的燭截面積和臥出口溫度捕。解：參半看圖歌9.2煮所示。顛已知：真c袖d圾=0.9匠6糖，洽=0系.世8粥8后，鑰k愿=1.3鐮6腐假定氣體麻為理想氣資體，則：潑應用等熵堆過程參數(shù)距間的關(guān)系收式得：算噴管出口泥狀態(tài)參數(shù)豎也可根據(jù)郵等熵過程廣參數(shù)之間腔的關(guān)系求求得：著即眨：亞壇訂即噴管出瘦口截面處突氣體的溫痕度為友828.立67K凍。認因為噴管小效率天=0蔥.諸88母所原以賣遞噴管出口則處氣體的竊溫俯度阿懇=861榴K脅噴管出口紹處氣體的容密度填：勢到悄由佩R釀=287星J/樂kg隆·遲Kkg/m障由質(zhì)量流熊量品僅出口截面師積：霸m講2浮喉部截面誼處的溫度趁（候部的蒼參數(shù)為臨脅界參數(shù)）譽：∴bar亂喉部截面秋處的密度腎：蜓=0拿.濃2077膜kg/食m嫁2功喉部截面病處的流速龜：戚=參608上.理8尸m/s脊流量系數(shù)歡c縫c京=0.9年6倦求得噴管加喉部截面琴m醒2爛9截．液6議鄭絕熱節(jié)流麻定義：氣壟體在管道宜中流過突叢然縮小的血截面，而無又未及與皂外界進行鑄熱量交換擇的過程。鞏特點：含絕熱節(jié)流劇過程的焓理相等，但維絕不是等塑焓過程。納因為在縮粒孔附近，躲由于流速罩增加，焓始是下降的逆，流體在簽通過縮孔晴時動能增怎加，壓力疤下降并產(chǎn)籠生強烈擾茶動和摩擦騎。擾動和版摩擦的不滅可逆性，萌使節(jié)流后啞的壓力卻午不能回復磚到與節(jié)流戴前窩絕熱節(jié)流漲前后狀態(tài)惕參數(shù)的變住化：蹤對理想氣挎體：夕宵、鋤、棄、杯、漫例拋4尚汪祥壓力鐵p明1栗=15b吵ar黑、溫度爆t孝1蛋=250夕℃懼、質(zhì)量流圈量妥m沿1夾=1.5導kg/鏈s李的水蒸氣蓄經(jīng)閥門被鎮(zhèn)節(jié)流到饅p暫1錦′背=7ba紀r咸。然后與臭m哭2畜=3.6忍kg/s稅,p仍2瞎=藥7bar坊、猶x丙2滴=0.9座7糠的濕蒸汽竿混合。試改確定：態(tài)（悅1毫）水蒸氣陣混合物的到狀態(tài)；江（等2存）若節(jié)流跨前水蒸氣有的流速炊c權(quán)1洋=18m季/s舟，輸送該柔蒸汽的管竊路內(nèi)徑為標多少？鉗解孤（退1蛛）水蒸氣窮混合物的助狀態(tài)尼據(jù)冬p鼓1啞=15b罵ar標、屢t娘1欄=250嫂℃夏,榮查弄h-s秀圖可知蒸蜻汽為過熱惜狀態(tài)，且法h魔1標=292補8kJ/唐kg圓，羞v鞏1島=0.1尼5m筍3擾/kg集。有按絕熱節(jié)窗流過程基揚本特性，搜節(jié)流前的蜓焓和節(jié)流夾后的焓相管等，即織kJ/k慨g欲混合前過斤熱蒸汽的悶總焓kJ吊據(jù)恐p蝶2妻=7ba另r霞、身x刊2象=0.9路7絹，必查鉤h-s鮮圖得知kJ/k尖g蛛混合前濕胸蒸汽的總?cè)戊蔾J神蒸汽混合含物的質(zhì)量kg甜蒸汽混合重物的總焓kJ流蒸汽混合傳物的比焓冷kJ/k芹g輩據(jù)蒸汽混窩合物的狀擴態(tài)參數(shù)滑p=7b雅ar淘、唉h=27董72.7竟kJ/k污g炸，執(zhí)查誘h-s爺圖可得蒸揉汽混合物誠處于干飽殖和蒸汽狀嫁態(tài)。戚（膨2尋）管路內(nèi)褲徑驗據(jù)連續(xù)性堪方程得春m交=12揉.咬6帽cm櫻重點、難斯點紛1栽．噴管和冒擴壓管截喬面變化與揮速度、壓燭力變化的天關(guān)系。踢2傾．噴管的胡選型與臨泳界截面的冰關(guān)系。季3嶄．有摩擦虹流動時，斗噴管的流藝動特點及斧熱力參數(shù)臟的計算。稅購睬思考題凳1裁．對提高接氣流速起薪主要作用率的是噴管元的形狀，戒還是氣體張本身的狀瓦態(tài)變化？呼2漿．為什么詞漸擴形管題道在一定逮條件下能棕使氣流加波速？對液乎體能否？清3呼．為什么蓋氣體在漸織縮噴管只秘能膨脹到爛臨界狀態(tài)嬌？草4播．噴管的曲臨界狀態(tài)債有哪些特扶性？什么核是最大流粱量？如何擊確定？什皆么是臨界訴壓力比？始它和什么葛因素有關(guān)識？有何用夸處？惕5雨．一個縮答放噴管，肯原來在設褲計工況下屠工作。如本其他情況途不變，只謙把初壓扁p養(yǎng)1獨提高，流癥動情況將看有什么變喪化？漸縮普噴管呢？兵6訪．噴管出擋口截面積傻、噴管最殘大流量是譜由哪些因災素決定的彼？則7杰．若可壓襖縮流體流如經(jīng)無摩擦胞噴管對外區(qū)散熱，試昨向下式是畏否成立擴8安．請說明欲下列說法靜是否正確據(jù)：榮（劇1距）流體流談動速度愈宋快，則弱陽擾動在該渡流體中的嚴傳播速度最也愈快？絞（咽2紅）氣體在抵變截面管糞內(nèi)定熵流灣動，氣流繞的最小截吩面即為臨糾界截面。增9董．昂