第八章氣體與蒸汽的流動(dòng)

第八章氣體與蒸汽的流動(dòng)研究?jī)?nèi)容：

主要研究流體流過(guò)變截面短管（噴管和擴(kuò)壓管）時(shí)，其熱力狀態(tài)、流速與截面積之間的變化規(guī)律。1、掌握定熵穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程；2、理解促使流速改變的力學(xué)條件和幾何條件的基本涵義；3、掌握噴管中氣體流速、流量的計(jì)算，會(huì)進(jìn)行噴管外形的選擇和尺寸的計(jì)算；4、掌握滯止焓、臨界參數(shù)等基本概念和相關(guān)計(jì)算?；疽?1、沿流動(dòng)方向上的一維問(wèn)題：取同一截面上某參數(shù)的平均值作為該截面上各點(diǎn)該參數(shù)的值。2、可逆絕熱過(guò)程：流體流過(guò)管道的時(shí)間很短，與外界換熱很小，可視為絕熱，另外，不計(jì)管道摩擦。穩(wěn)定流動(dòng)：

流體在流經(jīng)空間任何一點(diǎn)時(shí)，其全部參數(shù)都不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)過(guò)程。

簡(jiǎn)化假設(shè)：8－1穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程式一、連續(xù)性方程

穩(wěn)定流動(dòng)中，任一截面的所有參數(shù)均不隨時(shí)間而變，故流經(jīng)一定截面的質(zhì)量流量應(yīng)為定值，不隨時(shí)間而變。

如圖取截面1－1和2－2，兩截面的質(zhì)量流量分別為qm1、qm2，流速cf1、cf2，比體積為v1和v2，截面積A1、A2根據(jù)質(zhì)量守恒定律：微分：

以上兩式為穩(wěn)定流動(dòng)的連續(xù)方程式。它描述了流道內(nèi)的流速、比體積和截面積之間的關(guān)系。普遍適用于穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。1）對(duì)于不可壓流體（dv=0），如液體等，流體速度的改變?nèi)Q于截面的改變，截面積A與流速cf成反比；2）對(duì)于氣體等可壓流，流速的變化取決于截面和比體積的綜合變化。結(jié)論：二、穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式由流動(dòng)能量方程：

不計(jì)位能，無(wú)軸功，絕熱，則：微分上式：噴管內(nèi)流動(dòng)的能量變化基本關(guān)系式。1、氣體動(dòng)能的增加等于氣流的焓降2、任一截面上工質(zhì)的焓與其動(dòng)能之和保持定值，把兩者之和定義為一個(gè)參數(shù)：總焓或滯止焓h0結(jié)論：

氣體在絕熱流動(dòng)過(guò)程中，因受到某種阻礙流速降為零的過(guò)程。在絕熱滯止時(shí)的溫度和壓力稱(chēng)為滯止溫度T0和滯止壓力p0。若過(guò)程可逆為定熵滯止過(guò)程：絕熱滯止過(guò)程：在穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程中，若：1）任一截面上的參數(shù)不隨時(shí)間而變化；2）與外界沒(méi)有熱量交換；3）流經(jīng)相鄰兩截面時(shí)各參數(shù)是連續(xù)變化；4）不計(jì)摩擦和擾動(dòng)；三、過(guò)程方程式則過(guò)程是可逆絕熱過(guò)程。任意兩截面上氣體的狀態(tài)參數(shù)可用可逆絕熱過(guò)程方程式描述，對(duì)理想氣體（定比熱容）有：微分上式，得：Ma＜1亞聲速M(fèi)a＝1氣流速度等于當(dāng)?shù)芈曀費(fèi)a＞1超聲速四、音速方程對(duì)于理想氣體得：馬赫數(shù)：氣體的流速與當(dāng)?shù)芈曀俚谋戎怠?-2促使流速改變的條件噴管：流速升高的管道；擴(kuò)壓管：流速降低、壓力升高的管道。

由流體力學(xué)的觀點(diǎn)可知，要使工質(zhì)的流速改變，可通過(guò)以下兩種方法達(dá)到：1）截面積不變，改變進(jìn)出口的壓差－力學(xué)條件；2）固定壓差，改變進(jìn)出口截面面積－幾何條件。－、誰(shuí)力學(xué)徒條件聯(lián)立岔流動(dòng)止能量石方程悄式和許熱力愉學(xué)第喚一定喪律表懇達(dá)式評(píng)：可得季：微分丙式：結(jié)論泄：dcf、dp的符平號(hào)始轟終相貨反，嗚即：偉氣體俊在流同動(dòng)過(guò)并程中賤流速周增加題，則梢壓力潑下降蒙；如含壓力護(hù)升高困，則摟流速禁必降吼低。Ma減<1時(shí)，dv/v<dcf/cfMa灶>1時(shí)，dv/v>dcf/cf二、祥幾何嘉條件上式譽(yù)揭示周了定肚熵流助動(dòng)中灑氣體折比體也積變姥化率敢和流卷速變摟化率資之間勉的關(guān)頂系：結(jié)論供：當(dāng)流貍速變?nèi)f化時(shí)鏟，氣斥流截改面積眨的變服化規(guī)篇律不踐但與筒流速刻是高渡于當(dāng)類(lèi)地聲雙速還雅是低仇于當(dāng)嬌地聲巨速有歇關(guān)，旬還與讓流速垂是增狐加還皂是降晨低，椒即是歌噴管丹還是韻擴(kuò)壓榆管有襪關(guān)。Ma豪<1豎,亞聲感速流傷動(dòng),dA<0打,截面暑收縮停；Ma肢=1博,聲速?gòu)亓鲃?dòng),dA=0典,截面音縮至雜最小數(shù)；Ma＞1,超聲秘速流守動(dòng),dA>0子,截面前擴(kuò)張夸；對(duì)于殊噴管輔（dcf>組0)時(shí)，壟截面倒形狀者與流木速間客的關(guān)責(zé)系：縮放揭噴管底（拉刺伐爾亦噴管首）：縮放吩噴管哥可實(shí)橡現(xiàn)氣辰流從皇亞聲待速變劈燕為超檢聲速莫，在宰噴管妹最小逝截面志（喉辯部截疏面或衛(wèi)臨界它截面羽）處Ma=1，在臨手界截農(nóng)面處將的參豈數(shù)稱(chēng)保為臨語(yǔ)界參押數(shù)（唱以下貼標(biāo)cr表示討），季如：噴管菜內(nèi)參徒數(shù)變蓮化Ma＞1,超聲啞速流和動(dòng),dA<0貪,截面懶收縮敬；Ma貴=1須,聲速雄流動(dòng),dA=0緒,截面瞧縮至墨最??；Ma＜1,亞聲丘速流鵝動(dòng),dA>0疾,截面央擴(kuò)張每；對(duì)于擴(kuò)壓司管（dcf＜0)：8－3噴管銜的計(jì)伸算噴管喚的計(jì)絕算：噴管焰的設(shè)格計(jì)計(jì)向算：據(jù)給央定條膏件（鼠氣流懇初參嘉數(shù)、姜流量水及背途壓）什，選怪擇噴包管的糞外形安及確辟定幾失何尺躬寸。噴管胸的校窗核計(jì)賢算：已知慈噴管株的形價(jià)狀和駁尺寸體及不塊同的娃工作昆條件兩，確鵲定出繡口流浴速和拿通過(guò)集噴管灘的流島量。一、荒流速潔計(jì)算理及其直分析1、計(jì)搏算流沿速的景公式暴：出口陡流速減：不計(jì)cf1，則假設(shè)浩：1）理劫想氣鑄體；2）定斗值比趴熱容覆；3）流升動(dòng)可蘇逆；4）滿(mǎn)潛足幾基何條叼件。2、狀玩態(tài)參倉(cāng)數(shù)對(duì)防流速業(yè)的影冤響當(dāng)p2＝0時(shí)，煩出口鵲速度液達(dá)最肚大，作即：此速盒度實(shí)雞際上亡是達(dá)驢不到泊的，腦因?yàn)榛驂毫σ呲呌诎櫫銜r(shí)撿比體補(bǔ)積趨拖于無(wú)愁窮大途。3、臨逗界壓榮力比在臨我界截斜面上件：定義緒臨界先壓比脊：雙原抵子氣衫體：k=1棚.4γcr=0哈.5爛28過(guò)熱貍蒸汽刊：k=1護(hù).3γcr=0好.5視46干飽板和蒸脆汽：k=1狗.1室35γcr=0頌.5借77臨界慰壓力隨比是還分析蔬管內(nèi)卷流動(dòng)撇的一染個(gè)重季要數(shù)添值，蛋截面掏上工反質(zhì)的捧壓力鳳與滯揀止壓牽力之弱比等彩于臨星界壓規(guī)力比繳是氣欠流速靠度從揀亞聲匯速到柱超聲柳速的霞轉(zhuǎn)折丙點(diǎn)；以上鞠分析財(cái)在理差論上封只適斥用于辯定比溪容理鏡想氣濾體的后可逆蘭絕熱魄流動(dòng)蛇，對(duì)談?dòng)谒终魵獬舻目伤倌娼^忠熱流貿(mào)動(dòng)，k為一襯經(jīng)驗(yàn)舞值，唯不是挖比熱寨比。結(jié)論窯：臨界遲速度臺(tái)：二、武流量梨計(jì)算收縮曲噴管兆：縮放拖噴管幣：根據(jù)繼連續(xù)技方程擴(kuò)，噴舌管各偶截面福的質(zhì)丑量流護(hù)量相找等。搭但各射種形恨式噴生管的俗流量敗大小繁都受渠最小扁截面牲控制孝，因斑而通卷常按鴿最小很截面是（收繡縮噴臥管的焰出口劉截面核、縮窄放噴的管的喂喉部鍬截面洋）來(lái)姨計(jì)算養(yǎng)流量鼻，即曉：代入振速度昏公式何可得節(jié)：結(jié)論乘：當(dāng)A2及進(jìn)口帶截面嶺參數(shù)棋保持優(yōu)不變圓時(shí)：對(duì)于枝收縮隨噴管：？對(duì)于垮縮放藍(lán)噴管：盡管辛在喉饒道后律氣流土速度疫達(dá)到均超音耗速，敘噴管里截面幼面積惑擴(kuò)大堂，但邊據(jù)質(zhì)中量守裳恒原猾理其丸截面晚上的脆質(zhì)量召流量缺與喉給道處謹(jǐn)相等將，因淹此流忙量保孟持不案變，章如圖產(chǎn)中曲樣線(xiàn)bc。但如縱果出品口截公面面秘積A2保持話(huà)不變臂，則宣隨著p2下降眼，將廟使實(shí)咐際所梨需的喉道脆面積息減小，則末會(huì)出瓜現(xiàn)流占量減耗小，泄如圖登中虛粗線(xiàn)所按示。在正瓜常工魯作條鏟件下際：在喉盞道處偶：三、傲噴管孔外形削和尺鼠寸計(jì)環(huán)算設(shè)計(jì)守目的天：1、確鴨定噴彎管幾遠(yuǎn)何形兆狀；2、保死證氣花流充猶分膨偷脹。1、外形澆選擇：漸縮噴管縮放怠噴管2、尺醒寸計(jì)融算漸縮噴管礎(chǔ)：縮放得噴管腦：8-綿4背壓稀變化籍時(shí)噴列管內(nèi)尤流動(dòng)皂過(guò)程叼簡(jiǎn)析一、漸縮惡噴管二、景漸縮逐漸放年噴管在設(shè)句計(jì)工章況下傘：喉能道處愁為臨輛界狀笑態(tài)，再收縮盾段為究亞音仁速，掉擴(kuò)張戲段為謠超音煮速；娛圖中AB疤C。在E處產(chǎn)片生正英激波貸，氣羊流速守度下澤降為顫亞音毒速1、a圖為場(chǎng)漸縮怕噴管裝，b圖為取縮放梯噴管縣，設(shè)P1＝10混Ba良r，Pb＝1B抬ar，若沿迅截面3－3切去臨一段最，將委可能枝產(chǎn)生循哪些梨后果白？出贊口截替面上薦的壓舉力、腎流速還和流或量將幸起什捆么變貪化？思考黃題對(duì)于漸縮噴管怕：1）當(dāng)Pb>=Pc趴r,竿P2滿(mǎn)=Pb,若沿3－3截面穴截去獨(dú)一段鄭，出遭口截速面增維加，腳但是艱出口姑截面促處的朝背壓扇不變踢，因閑此仍狀然有P2鄭=Pb,由此趴可得v2不變升，Cf仗2也不疤變，抽流量獻(xiàn)則因淡為出稱(chēng)口面糧積增懂加而硬變大否。2）當(dāng)Pb<Pc辰r,頭P2擇=Pc旅r,若沿3－3截面艱截去情一段忙，出太口截非面增何加，稼但是能出口殺截面籠處的過(guò)背壓排不變逗，因翠此仍那然有P2價(jià)=Pc塔r,由此渡可得v2不變商，Cf風(fēng)2也不償變，尤流量魚(yú)則因辨為出婦口面壺積增芳加而而變大魄。對(duì)縮放噴管纏：由于任喉部綱截面烈不變?nèi)ィ岸潭螡u宵縮噴雀管也創(chuàng)沒(méi)有饞變化敲，則僻氣體應(yīng)的流印動(dòng)情儲(chǔ)況不止隨擴(kuò)挪張段覆的變泰化而透變化衣。故首此當(dāng)鳥(niǎo)截去患一段魂之后女，在3－3截面結(jié)上，P3蔬>Pb（原來(lái)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)駝?dòng)?jì)情鼓況P2＝Pb），流速Cf阻3<本Cf刑2，流量紐奉不變社，比硬體積夜減小兔。思考攤題由一遍個(gè)穩(wěn)谷定的地氣源須提供市溫度霸為27oC，壓程力為1.輸5M直pa的空陸氣，隔經(jīng)過(guò)廉一個(gè)機(jī)噴管合后進(jìn)宵入壓戶(hù)力保鄉(xiāng)豐持在0.墾6M輝pa的某鋪個(gè)大換空腔悼中。野如果曾要保逗證流被過(guò)噴掙管中想的空則氣的嗎流量莖為3k線(xiàn)g/垮s，并章且假順設(shè)來(lái)訊流空痕氣的垂運(yùn)動(dòng)機(jī)速度選可以陵忽略更，該階如何鑒設(shè)計(jì)樂(lè)該噴襖管？樹(shù)如果榜來(lái)流打速度燥為10切0m勞/s，其相它條煌件不雀變，趴噴管促的出扶口速暖度和悔截面篇面積交是多滴少？這是盯一個(gè)屋典型館的噴揀管設(shè)削計(jì)問(wèn)歌題1、首棒先求水滯止孕參數(shù)油：由于贊不考去慮進(jìn)軟口速胃度：2、判返斷噴子管類(lèi)破型：為了時(shí)保證鞭空氣窄充分頃膨脹矛，需并要采繭用縮橫放噴憐管3、求躍臨界戶(hù)截面獄和出蟲(chóng)口截膽面參怖數(shù)：4、求狡臨界端截面蕩和出弓口截羞面面荒積：5、考他慮進(jìn)額口速伙度后切：分析考慮煙速度旅和不捆考慮尼速度磨之間城相差3.乘42％。謀因此頑工程槐上通染常將全初速難度小毅于10松0m顯/s的都柿忽略鬼不計(jì)凡；在初裝始狀纏態(tài)參切數(shù)p、T以及由出口壁狀態(tài)獻(xiàn)參數(shù)p不變昂的情戶(hù)況下蓋，初謠速度缸對(duì)出析口熱挖力狀狡態(tài)參從數(shù)都碌沒(méi)有卸影響窄。例題2、一煎漸縮悼噴管場(chǎng)，其凱進(jìn)口摟速度堅(jiān)接近握零，圣進(jìn)口溉截面場(chǎng)積A1=4姨0c宿m2，出口袋截面父積A2=2炊5c哥m2。進(jìn)口誕水蒸萄氣參腫數(shù)為p1=9鎖MP愉a，溫度t1=5覆00°C的空互氣，棄背壓pb=7腹MP磁a，試求添：（1）出淋口流邊速及柄流過(guò)愚噴管魔的流叢量。（2）由武于工蠢況的纏改變露，背恥壓變寄為pb=4并MP王a，這時(shí)肌的出廉口流憤速和焰流量漆又為須多少索？8-壯5有摩銜阻的穿絕熱蛙流動(dòng)由于橡存在阻摩擦廟，實(shí)杰際流臣動(dòng)是曠不可習(xí)逆過(guò)醋程，容過(guò)程萍中存練在耗胖散，貼部分蠢動(dòng)能紐奉轉(zhuǎn)化姜成熱愈能，健并被委氣流刷吸收茅。焓的驅(qū)增加旗量等結(jié)于動(dòng)比能的飼減小或量有摩隸阻的半絕熱卷流動(dòng)：由能油量方肥程式徑得：速度揭系數(shù)φ：能量亭損失艦系數(shù)ξ：工程陵上表鞋示氣歉流出蝕口速篇度下蜘降和鍵動(dòng)能余減小丟的兩模個(gè)系鏟數(shù)：8－6絕熱炎節(jié)流流體電流經(jīng)唇閥門(mén)億、孔歡板等居設(shè)備旦時(shí)，炊由于疊局部佛阻力督，使臭流體貼壓力丟下降訊，稱(chēng)嫂為節(jié)首流現(xiàn)居象。吩如果瀉節(jié)流惜過(guò)程險(xiǎn)是絕飽熱的興，則陡為絕扶熱節(jié)詳流，摘簡(jiǎn)稱(chēng)余節(jié)流核。一、烤絕熱告節(jié)流治的特具點(diǎn)節(jié)流鄰過(guò)程護(hù)不過(guò)羊逆節(jié)流灘前后菌流體呈的焓璃不變節(jié)流劍后壓貍力下斬降、盞比體夢(mèng)積增蘆大二、沿節(jié)流豈的溫掘度效扒應(yīng)絕熱運(yùn)節(jié)流砌后流控體的釋溫度謙變化濱稱(chēng)為泡節(jié)流燥的溫魄度效致應(yīng)節(jié)流冷效應(yīng)節(jié)流熱效應(yīng)節(jié)流零效應(yīng)對(duì)于喉理想喪氣體秀，只使有節(jié)旋流零燙效應(yīng)不，因恩為二、乞節(jié)流乎的溫拍度效謝應(yīng)絕熱驕節(jié)流濟(jì)系數(shù)束（焦彼耳－孤湯姆殘遜系浩數(shù)）職：節(jié)流冷效應(yīng)節(jié)流熱效應(yīng)節(jié)流零效應(yīng)因?yàn)橐鹿?jié)流美過(guò)程極壓力攝下降谷，即dp<0三、焦溫度蔬效應(yīng)劑轉(zhuǎn)變應(yīng)圖保持狀態(tài)1不變，改變流體的流量得出一組節(jié)流后狀態(tài)點(diǎn)2a,2b,2c,2d…三、致溫度嗎效應(yīng)旗轉(zhuǎn)變?nèi)蕡D在一科定焓椒值范巴圍內(nèi)換，定兇焓線(xiàn)述都有接一個(gè)足溫度拖極值河點(diǎn)：定焓線(xiàn)的斜率這些幼點(diǎn)稱(chēng)懲為轉(zhuǎn)恩變點(diǎn)膜，轉(zhuǎn)憶變點(diǎn)廢的連辮線(xiàn)為灣轉(zhuǎn)變章（轉(zhuǎn)費(fèi)回）毯曲線(xiàn)吹。轉(zhuǎn)敞點(diǎn)曲間線(xiàn)將細(xì)圖分華為兩姥個(gè)區(qū)律域：冷效應(yīng)區(qū)（J＞0）：轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)與溫度軸包圍的區(qū)域熱效應(yīng)區(qū)（J＜0）：轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)以外的區(qū)域三、宗溫度敢效應(yīng)膏轉(zhuǎn)變堆圖節(jié)流件過(guò)程季三種射狀況1、節(jié)霞流過(guò)柏程發(fā)崇生在環(huán)冷效逃應(yīng)區(qū)理，恒帖有J＞0，節(jié)榜流冷效應(yīng)壤。2、節(jié)流胖過(guò)程級(jí)發(fā)生攏在熱引效應(yīng)剖區(qū)，某恒有J＜0，節(jié)流鹿熱效薄應(yīng)。3、節(jié)流接過(guò)程園狀態(tài)1在熱頸效應(yīng)遙區(qū)，句而狀宇態(tài)點(diǎn)2在冷勝效應(yīng)腔區(qū)，箭這時(shí)節(jié)流懼溫度過(guò)效應(yīng)屑還與dp有關(guān)汗。圖躍中1－2c為熱專(zhuān)效應(yīng)濤，1－2d為零蓬效應(yīng)營(yíng)，1-輛2e為冷臭效應(yīng)壇。有沒(méi)估有這居種可勢(shì)能：景節(jié)流英過(guò)程卷狀態(tài)2在熱拆效應(yīng)鑒區(qū)，貌而狀輔態(tài)點(diǎn)1在冷浩效應(yīng)怨區(qū)四、濕最大帶轉(zhuǎn)變箱壓力圖中pN為最大路轉(zhuǎn)變武壓力流體孟在大齊于pN的壓源力范膨圍內(nèi)串不會(huì)殊發(fā)生色節(jié)流暖冷效尖應(yīng)。流體授在小期于pN的壓被力范甚圍內(nèi)塔的任罪一定犯壓線(xiàn)項(xiàng)與轉(zhuǎn)遺變曲驚線(xiàn)有融兩個(gè)邊交點(diǎn)衫，對(duì)察應(yīng)溫平度：T1＝TK最大轉(zhuǎn)變溫度T2＝Tmin最