氣體的流動(dòng)ppt課件(已修改)
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【正文】 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 1 71 穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)氣流的基本方程式 第七章 氣體的流動(dòng) 72 管內(nèi)定熵流動(dòng)的基本特性 73 氣體的流速及臨界流速 74 氣體的流量和噴管計(jì)算 75 噴管效率 76 絕熱滯止 77 絕熱節(jié)流 78 合流 79 擴(kuò)壓管和引射器 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 2 穩(wěn)定流動(dòng)：管道內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)及流速、流量等都不隨時(shí)間變化。 假設(shè)：①狀態(tài)及流速只沿流動(dòng)方向變化；②流動(dòng)中能量轉(zhuǎn)換過程可逆。 氣體流動(dòng)過程分析依據(jù)的主要方程式：①連續(xù)性方程式；②能量方程式；③動(dòng)量方程式；④狀態(tài)方程式。 四個(gè)基本方程式反映了穩(wěn)定流動(dòng)情況下氣體流動(dòng)時(shí)在質(zhì)量守恒、能量轉(zhuǎn)換、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化和熱力學(xué)狀態(tài)變化等方面所遵循的基本規(guī)律。 71 穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)氣流的基本方程式 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 3 考慮到流動(dòng)過程中無(wú)軸功交換以及重力位能的變化，按熱力學(xué)第一定律有 2fd21d chq ???其微分形式為 )(21 2 1f2 2f12 cchhq ???? 能量方程式 ← 常量?? vAcq fm 由質(zhì)量守恒關(guān)系，有 對(duì)其取對(duì)數(shù)再求微分，有 0dddff ???vvccAA穩(wěn)定流動(dòng)過程連續(xù)性方程式 ← 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 4 對(duì)理想氣體，有 TTvvpp ddd ??TRpv g? 其微分形式為 狀態(tài)方程式 ← 按牛頓第二定律，可寫出流體流速變化和受力的關(guān)系： 穩(wěn)定流動(dòng)情況下，有 可逆過程，流體內(nèi)部無(wú)摩擦： vAcq fm ?pAF dd ?? 代入上式，有 pvcc ddff ??Fcq m dd f ???? dddf Fcm即 動(dòng)量方程式 ← 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 5 72 管內(nèi)定熵流動(dòng)的基本特性 討論管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)及截面的變化關(guān)系。 噴管 — 利用氣體壓降使氣流加速的管道，即 dcf0。 氣流流經(jīng)噴管的時(shí)間很短，因此噴管中氣體的流動(dòng)可作為絕熱流動(dòng)過程處理。 按能量方程式，當(dāng) q=0時(shí)，有 )(21 2 1f2 2f21 cchh ??? 即， dh0 →dcf0。 氣體的焓降低而轉(zhuǎn)換氣體的流動(dòng)動(dòng)能。 按動(dòng)量方程式，得到流速變化和壓力變化的關(guān)系： ff dd ccpv ?? 即， dp0 →dcf0。 氣體壓力降低時(shí)流速增加。 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 6 按物理學(xué)中關(guān)于氣體介質(zhì)中聲速的公式為 ss vpvpc ?????????????????????? 222 )d()d(vvcp ss ??2s2f2sff 1)(d)(d)d(Mavvccvvcc s ??可得定熵過程中壓力變化與體積變化的關(guān)系為 代入動(dòng)量方程，即得定熵流動(dòng)時(shí)流速變化與比體積變化的關(guān)系： 式中： cf/c=Ma為 馬赫數(shù)，恒為正。 可見 dp0 →dcf0。 氣體比體積增大時(shí)流速增加。 綜上所述，在噴管中隨著氣體流速的增加，即 dcf0，氣體狀態(tài)的變化為：氣體的焓和壓力降低而比體積增大，即 dh＜ 0、 dp＜ 0、dv＞ 0 。 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 7 ffdddccvvAA ??ff2ff22f d)1(d1dccMaccccAA ?????????? ??將流速變化和比體積變化的關(guān)系式代入上式，有 即，當(dāng) Ma＜ 1時(shí)， dcf0 → dA0 ， 采用 漸縮形噴管； 當(dāng) Ma 1時(shí)， dcf0 → dA0 ， 采用 漸擴(kuò)形噴管； 當(dāng)流速?gòu)?Ma＜ 1→ Ma 1，采用前段 漸縮和后段漸擴(kuò)形的組合噴管，稱為縮放形噴管或拉伐爾噴管。 按連續(xù)性方程式，管道截面積的變化為 2022年 5月 29日 第七章 氣體的流動(dòng) 8 另外，如 所示，聲速與介質(zhì)性質(zhì)和介質(zhì)狀態(tài)有關(guān)。對(duì)理想氣體，由定熵過程方程 pvκ＝ c,可得 ,因而在理想氣體中聲速可表示為
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