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文檔簡介

工程熱力學

EngineeringThermodynamics北京航空航天大學第九章氣體和蒸汽流動絕熱流動的基本方程定熵流動的基本特征噴管計算背壓變化對噴管內流動的影響具有摩擦的絕熱流動絕熱節流研究目的及內容火箭發射噴氣發動機使工質加速研究目的及內容噴管及擴壓管廣泛應用于熱動力設備,如汽輪機、燃氣輪機、引射器、葉輪式壓氣機、膨脹機、燃燒器等研究內容1.氣體流動過程中2.氣體流動的影響因素狀態參數變化氣體流速變化能量轉化規律管道截面變化外界條件變化研究以速度為主要狀態參數的噴管和擴壓管中的流動的能量轉換規律第1節:絕熱流動的基本方程兩個基本假設穩定流動:開口系中每一點的熱力學和力學參數都不隨時間而變化的流動一元穩定流動的假設大大降低流動問題復雜性許多工程設備在正常工作時可以按一元穩定流處理一元流動:只沿軸向或流動方向上流體參數發生變化的穩定流動第1節:絕熱流動的基本方程幾個基本方程穩態穩流(穩定流動)狀態不隨時間變化恒定的流量連續性方程絕熱穩定流動能量方程定熵過程方程熵方程過程方程連續性方程適用于任何工質可逆和不可逆過程由穩態穩流特點截面面積氣流速度氣體比容絕熱穩定流動能量方程適用于任何工質可逆和不可逆過程增速以降低本身儲能為代價

穩定流動能量方程:定熵過程方程氣體在管道內進行可逆絕熱流動,滿足定熵過程方程式對理想氣體,有:適用條件:(1)理想氣體(2)定比熱(3)可逆變比熱時,K應取過程范圍內的平均值對真實氣體:沒有簡單的過程方程式。為了簡化分析,可借用上述形式,但k不再是比熱容比,而是經驗系數,且隨工質的狀態變化而變化。音速音速:聲音傳播的速度微小擾動在流體中的傳播速度流體中的音速不是常數,而是隨著流體狀態的變化而變化。音速計算式:定熵過程:壓力波的傳播過程可作定熵過程處理理想氣體只隨絕對溫度而變馬赫數流速當地音速

定義式M>1

超音速M=1

臨界音速M<1亞音速三種音速奧地利物理學家E.Mach(1838-1916)如:載人飛船以7.9km/s的速度繞地球飛行,其M=23?第2節:定熵流動的基本特性熱力學第一定律定熵過程穩態穩流dc>0dp<0dc<0dp>0噴管擴壓管管道截面變化規律連續性方程:噴管與擴壓管截面與流速的關系第3節:噴管計算噴管的用途:使氣流加速穩態穩流能量方程:對于噴管:沒有功量交換忽略熱交換忽略位能差Tsp0p1p2012定熵滯止參數定熵滯止參數:將具有一定速度的氣流在定熵條件下擴壓,使其流速降低為零時的參數Tsp0p1p2012噴管出口流速能量方程:0對于理想氣體:對于實際氣體:h1、h2可通過圖表得到。注意:出口速度與哪些因素有關?臨界壓力比和臨界流速管道截面變化規律:臨界截面處M=1,壓力為臨界壓力pc,速度為臨界流速cc臨界壓力比和臨界流速噴管內的流動為定熵流動,滿足定熵過程方程式:臨界壓力比理想氣體臨界流速:真實氣體臨界流速:流量與臨界流量穩態穩流,各截面流量均相等:對于漸縮噴管:出口處M≤1流量與臨界流量對于漸縮漸擴噴管:其喉部的M≤1,正常情況下M=1正常工作時背壓小于臨界壓力水蒸氣流速及流量1.首先計算pc,判斷噴管內氣體流動狀態2.根據噴管內氣體流動狀態,進行流速和流量計算出口流速:臨界流速:質量流量:最大流量:漸縮漸縮漸擴過熱蒸汽:k=1.3干飽和蒸汽:k=1.135噴管內各參數的變化Tsp0p1p2012噴管設計噴管形式選擇:噴管尺寸計算:亞音速,漸縮噴管超音速,漸縮漸擴噴管l一般取10°~12°背壓變化的影響漸縮噴管漸縮漸擴噴管假定入口參數不變膨脹不足膨脹不足過度膨脹突擊壓縮具有摩擦的絕熱流動Ts122’p1p2速度系數噴管效率實際焓降小于理論焓降,實際出口小于理論出口速度。通常用速度系數或噴管效率描述實際過程與理想過程之間的差異(0.94~0.98)(0.9~0.95)引射器原理p1pbpb應用實例:飛機環控系統pm氣流速度降低,壓力增加氣流速度增加,壓力減小p1<pm<pb>絕熱節流節流:流體在管道中流經閥門、孔板或多孔堵塞物等設備時,由于局部阻力,使流體壓力降低的一種特殊的流動過程。節流元件特點:絕熱節流過程前后的焓相等但整個過程不是定焓過程絕熱節流過程是不可逆過程穩態穩流能量方程:實際應用:

閥門,節流制冷,孔板流量計,測量濕飽和蒸汽的干度等。通過縮孔時動能增加,壓力下降并產生強烈擾動和摩擦通過縮孔前動能增加,焓降低,通過縮孔后,動能降低,焓增加絕熱節流前后參數的變化對理想氣體12chp焓不變壓力下降比容增加熵增加溫度不變注:理想氣體的焓是溫度的單值函數絕熱節流前后參數的變化對實際氣體:節流前后焓不變,溫度不一定不

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