氣體流動(dòng)過程ppt課件(已修改)
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【正文】 2022/5/29 1 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程： 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)普通的螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)????2022/5/29 2 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 2022/5/29 3 ? 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和噴管五大部件組成。 ? 工作原理：足夠量的空氣，通過進(jìn)氣道以最小的流動(dòng)損失順利地引入壓氣機(jī)；壓氣機(jī)以高速旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)空氣作功壓縮空氣，提高空氣的壓力；高壓空氣在燃燒室內(nèi)和燃油混合，燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，形成高溫高壓的燃?xì)?；高溫高壓的燃?xì)馐紫仍跍u輪內(nèi)膨脹，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，去帶動(dòng)壓氣機(jī)；然后燃?xì)庠趪姽軆?nèi)繼續(xù)膨脹，加速燃?xì)?，提高燃?xì)獾乃俣?，使燃?xì)庖暂^高的速度噴出，產(chǎn)生推力。 2022/5/29 4 噴管及加速燃燒室 ? 噴管 (nozzle，或稱噴嘴 )的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排除的氣流的狀態(tài)，早期的低速發(fā)動(dòng)機(jī)采用單純收斂型噴管，以達(dá)到增速的目的。根據(jù)牛頓第三定律，燃?xì)鈬姵鏊俣仍酱?，飛機(jī)將獲得越大的反作用力。但是這種方式增速是有限的，因?yàn)樽罱K氣流速度會(huì)達(dá)到音速，這時(shí)出現(xiàn)激波阻止氣體速度的增加。而采用收斂－擴(kuò)張噴管（也稱為拉瓦爾噴管）能獲得超音速的噴氣流。飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性來主要源于翼面提供的空氣動(dòng)力，而當(dāng)機(jī)動(dòng)性要求很高時(shí)可直接利用噴氣流的推力。在噴管口加裝燃?xì)舛婷婊蛑苯硬捎每善D(zhuǎn)噴管（也稱為推力矢量噴管，或向量推力噴嘴）是歷史上兩種方案，其中后者已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。著名的俄羅斯 Su Su37戰(zhàn)機(jī)的高超機(jī)動(dòng)性就得益于留里卡設(shè)計(jì)局的 AL31推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)舛婷娴拇硎敲绹?guó)的 X－ 31技術(shù)驗(yàn)證機(jī)。 氣體的流動(dòng)過程 （ thermodynamics of onedimensional steady flow of Gas） 2022/5/29 6 流體在管道中流動(dòng)時(shí)與外界的熱交換往往可以忽略 ， 也不對(duì)外輸出軸功 ， 而且?？梢暈榉€(wěn)態(tài)穩(wěn)流裝置 。 以下本章將主要討論定比熱容理想氣體在管道中作絕熱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流時(shí)的熱力學(xué)狀態(tài)變化與宏觀流動(dòng)狀況 （ 流速 、 流量 ） 變化之間的關(guān)系 。 2022/5/29 7 167。 1 一元穩(wěn)定流動(dòng)的基本方程 ⑴ 連續(xù)性方程 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流時(shí) ， 任何一段管道內(nèi)流進(jìn)和流出的流體流量相等 管道中的一維穩(wěn)定流動(dòng) A1 A2 c1 c2 1 2 1 2 1m? 2m?21 mm ?? ?vAcm??由于 222111 v cAvcA ?式中 A—— 管道的截面積 c —— 流體的流速； v —— 流體比體積 考慮到穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的特性，對(duì)管道的任一截面 常數(shù)?ivcA iiccvvAA ddd ??—— 連續(xù)性方程 微分形式 2022/5/29 8 ⑵ 能量方程 根據(jù)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程 s12212212 )()(21)( wzzgcchhq ???????對(duì)于絕熱、不作軸功、忽略重力位能的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流情況 222211 2121 chch ???常數(shù)?? 2ii 21 ch可見 ， 相對(duì)管道中的任意兩個(gè)截面而言 若氣流的焓 h↑， 則流速 c↓； 反之 ， 若氣流的焓 h↓， 則流速 c↑ 2022/5/29 9 ⑶ 過程方程 對(duì)于狀態(tài)連續(xù)變化的定比熱容理想氣體可逆絕熱流動(dòng)過程 PPkvv d1d ??常數(shù)?kPv 水蒸氣也借用該式作近似計(jì)算 但 k不再具有熱容比 (cp / cv)的含義，為經(jīng)驗(yàn)值： 過熱水蒸氣 k = 干飽和水蒸氣 k = 干度為 x的濕蒸汽 k = + 2022/5/29 10 過程方程 PPkvv d1d ??ccvvAA ddd ??連續(xù)性方程 能量方程 常數(shù)??? 2ii0 21 chh小結(jié) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、絕熱、不作軸功、不計(jì)重力位能的管道流動(dòng) 對(duì)水蒸氣 k為經(jīng)驗(yàn)值 常數(shù)；?ivcA ii021 ?? dcdh常數(shù)?kPv2022/5/29 11 167。 2 音速和馬赫數(shù) ⑴ 音速 通常所說的音速指聲波在空氣中的傳播速度 音速不是固定的 ， 與傳播介質(zhì)的 物性 、 熱力狀態(tài) 有關(guān) 對(duì)理想氣體，音速只與溫度有關(guān) k P vTkRa ?? g對(duì)實(shí)際氣體音速 a不僅與溫度 T 有關(guān) ， 還與氣體的壓力 P或比體積 v有關(guān) 水蒸氣 中的音速也借用上式計(jì)算 ， 其中的 k值按前述 經(jīng)驗(yàn)值 選取 流道中氣體熱力學(xué)狀態(tài)不斷變化 ， 沿程不同截面上音速各不相同 ， 對(duì)特定截面一般都強(qiáng)調(diào)為 “ 當(dāng)?shù)匾羲?” 。 2022/5/29 12 ss vpvpa????????????????????? 2?等熵過程中 dd0pvpv???sppvv???? ???????所以 pva ??2022/5/29 13 注意： 1） 聲速是狀態(tài)參數(shù)，因此稱當(dāng)?shù)芈曀佟? 如空氣， 2） 馬赫數(shù) (Mach number) 1Ma ?（ subsonic velocity） （ supersonic velocity） （ sonic velocity） 亞聲速 1Ma ? 聲速 1Ma ? 超聲速 acMa ?0℃ =20℃ =20℃ =343m
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