热工与流体力学基础-第7章ppt课件.ppt
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1、认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目第七章第七章 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目学习导引学习导引 本章介绍了描述气体和蒸汽流动的三个基本本章介绍了描述气体和蒸汽流动的三个基本本章介绍了描述气体和蒸汽流动的三个基本本章介绍了描述气体和蒸汽流动的三个基本方程,并以此为依据分析了气体和蒸汽在喷管和方程,并以此为依据分析了气体和蒸汽在喷管和方程,并以此为依据分析了气体和蒸汽在喷管和方程
2、,并以此为依据分析了气体和蒸汽在喷管和扩压管中流动的特性变化、能量转换规律及影响扩压管中流动的特性变化、能量转换规律及影响扩压管中流动的特性变化、能量转换规律及影响扩压管中流动的特性变化、能量转换规律及影响流动的外部条件,同时对热力工程中常用的绝热流动的外部条件,同时对热力工程中常用的绝热流动的外部条件,同时对热力工程中常用的绝热流动的外部条件,同时对热力工程中常用的绝热节流也做了简要介绍。节流也做了简要介绍。节流也做了简要介绍。节流也做了简要介绍。4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目学习要求学
3、习要求1.1.理解绝热稳定流动的含义,及其稳定流动的基本方程理解绝热稳定流动的含义,及其稳定流动的基本方程理解绝热稳定流动的含义,及其稳定流动的基本方程理解绝热稳定流动的含义,及其稳定流动的基本方程式。掌握声速、马赫数的定义式。式。掌握声速、马赫数的定义式。式。掌握声速、马赫数的定义式。式。掌握声速、马赫数的定义式。2.2.了解气体在喷管、扩压管中的流动情况,如流量的变了解气体在喷管、扩压管中的流动情况,如流量的变了解气体在喷管、扩压管中的流动情况,如流量的变了解气体在喷管、扩压管中的流动情况,如流量的变化与压力变化的关系,管道截面变化的规律。化与压力变化的关系,管道截面变化的规律。化与压力变
4、化的关系,管道截面变化的规律。化与压力变化的关系,管道截面变化的规律。3.3.了解临界状态、临界压力比的概念,会运用这些概念了解临界状态、临界压力比的概念,会运用这些概念了解临界状态、临界压力比的概念,会运用这些概念了解临界状态、临界压力比的概念,会运用这些概念分析简单的工程问题。分析简单的工程问题。分析简单的工程问题。分析简单的工程问题。4.4.掌握喷管中流量、流速的计算公式,会进行相关的工掌握喷管中流量、流速的计算公式,会进行相关的工掌握喷管中流量、流速的计算公式,会进行相关的工掌握喷管中流量、流速的计算公式,会进行相关的工程计算。了解喷管中有摩阻时应考虑的内容。程计算。了解喷管中有摩阻时
5、应考虑的内容。程计算。了解喷管中有摩阻时应考虑的内容。程计算。了解喷管中有摩阻时应考虑的内容。5.5.了解绝热节流的概念及其特点。了解绝热节流的概念及其特点。了解绝热节流的概念及其特点。了解绝热节流的概念及其特点。4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目重点与难点重点与难点 1.1.气体和蒸汽在喷管内可逆绝热流动时参数气体和蒸汽在喷管内可逆绝热流动时参数气体和蒸汽在喷管内可逆绝热流动时参数气体和蒸汽在喷管内可逆绝热流动时参数变化规律、流速及流量的计算为本章重点又是难变化规律、流速及流量的计算为本章重
6、点又是难变化规律、流速及流量的计算为本章重点又是难变化规律、流速及流量的计算为本章重点又是难点点点点 。2.2.喷管中流速及流量的计算有一定难度,应喷管中流速及流量的计算有一定难度,应喷管中流速及流量的计算有一定难度,应喷管中流速及流量的计算有一定难度,应结合例题与习题加强练习结合例题与习题加强练习结合例题与习题加强练习结合例题与习题加强练习 。4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 在工程中,经常遇到气体和蒸汽在喷管及在工程中,经常遇到气体和蒸汽在喷管及扩压管内的流动问题。该流动过程是一种具有扩
7、压管内的流动问题。该流动过程是一种具有状态变化状态变化、流速变化流速变化和和能量转换能量转换的特殊热力过的特殊热力过程。程。例例1:蒸汽在汽轮机喷管中的流动蒸汽在汽轮机喷管中的流动蒸汽在汽轮机喷管中的流动蒸汽在汽轮机喷管中的流动例例2:气体通过叶轮式压缩机成为高压气体气体通过叶轮式压缩机成为高压气体 例例3:引射器的工引射器的工引射器的工引射器的工作作作作4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目第一节第一节 绝热稳定流动基本方程绝热稳定流动基本方程一、绝热稳定流动一、绝热稳定流动 气流在喷管或扩压管
8、内的流动可视为气流在喷管或扩压管内的流动可视为一维绝热稳定流动。一维绝热稳定流动。4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目二、绝热稳定流动基本方程二、绝热稳定流动基本方程 研究气体和蒸汽的一维稳定流动主要研究气体和蒸汽的一维稳定流动主要有三个基本方程有三个基本方程:连续性方程连续性方程 绝热稳定流动能量方程绝热稳定流动能量方程 定熵过程方程定熵过程方程4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目1.连续性方程
9、连续性方程 在稳定流动通道内任一固定点上的参数在稳定流动通道内任一固定点上的参数不随时间的改变而改变,各截面处的质量流不随时间的改变而改变,各截面处的质量流量都相等量都相等。即:。即:根据根据质量守恒定律质量守恒定律,可知,可知:qm1=qm2=qm=定定值值 适用于任何工质适用于任何工质适用于任何工质适用于任何工质的可逆与不可逆的可逆与不可逆的可逆与不可逆的可逆与不可逆的稳定流动过程的稳定流动过程的稳定流动过程的稳定流动过程 4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目2.绝热稳定流动能量方程绝热稳定
10、流动能量方程 气体和蒸汽在管道内流动时,上式可简化为气体和蒸汽在管道内流动时,上式可简化为 根据能量守恒定律,有根据能量守恒定律,有:适用于任何工质的适用于任何工质的适用于任何工质的适用于任何工质的可逆与不可逆绝热可逆与不可逆绝热可逆与不可逆绝热可逆与不可逆绝热稳定流动过程稳定流动过程稳定流动过程稳定流动过程 对于微元绝热稳定流动过程对于微元绝热稳定流动过程 说明说明:气体和蒸汽在绝热稳定流动过程中气体和蒸汽在绝热稳定流动过程中,其动其动能的增加等于焓的减少。能的增加等于焓的减少。4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经
11、展开了“精准扶贫”项目3.定熵过程方程定熵过程方程气体在管道内定熵流动时气体在管道内定熵流动时,有有:只适用于比热容为只适用于比热容为只适用于比热容为只适用于比热容为定值的理想气体的定值的理想气体的定值的理想气体的定值的理想气体的可逆绝热流动过程可逆绝热流动过程可逆绝热流动过程可逆绝热流动过程 对于微元可逆绝热流动过程对于微元可逆绝热流动过程 对于蒸汽在定熵过程中状态参数的变化,对于蒸汽在定熵过程中状态参数的变化,可通过蒸汽的图表查得。可通过蒸汽的图表查得。=定值定值 4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准
12、扶贫”项目三、声速和马赫数三、声速和马赫数1.声速声速 微弱扰动产生的压力波在连续介质中微弱扰动产生的压力波在连续介质中传播的速度,用符号传播的速度,用符号c表示。表示。对气体或蒸汽的定熵流动对气体或蒸汽的定熵流动,有有 对理想气体的定熵过程对理想气体的定熵过程,有有 显然,声速通常是指显然,声速通常是指当地声速当地声速,它取决于,它取决于气体的性质及所处的状态。气体的性质及所处的状态。推导推导推导推导4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目2.马赫数马赫数 流体的流动速度流体的流动速度cf和当地声
13、速和当地声速c的比值,的比值,用符号用符号Ma表示表示 。根据马赫数的大小可将气体和蒸汽的流动分为:根据马赫数的大小可将气体和蒸汽的流动分为:Ma1,cfcMa 1,cf cMa1,cfc亚声速亚声速声速声速超声速超声速4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目第二节第二节 气体和蒸汽在喷管和扩压气体和蒸汽在喷管和扩压 管中的定熵流动管中的定熵流动一、流速变化与压力变化的关系一、流速变化与压力变化的关系 对于定熵流动过程对于定熵流动过程,有有 扩压管扩压管:增压减速增压减速 dcf0,dp0,气体的压
14、力必增高。气体的压力必增高。dcf0,dp0,气体的压力必降低;气体的压力必降低;喷管喷管:降压增速降压增速 4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目二、管道截面变化的规律二、管道截面变化的规律 经整理可得经整理可得 表明表明:气流截面的变化,不仅与马赫数有关,还与气流截面的变化,不仅与马赫数有关,还与流速是增大还是减少流速是增大还是减少(即是喷管还是扩压管即是喷管还是扩压管)有关。有关。管内流动的管内流动的特征方程特征方程 由此得到不同种类的喷管与扩压管。由此得到不同种类的喷管与扩压管。4/13/
15、2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目表表7-1喷管和扩压管截面积变化与流速的关系喷管和扩压管截面积变化与流速的关系4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目第三节第三节 喷管中流速及流量的计算喷管中流速及流量的计算一、喷管出口流速的计算一、喷管出口流速的计算 对于蒸汽流过喷管,可利用蒸汽图表查得对于蒸汽流过喷管,可利用蒸汽图表查得焓值焓值h1、h2。(m/s)适用于任何工质的适用于任何工质的适用于任何工质的适用于
16、任何工质的可逆和不可逆过程可逆和不可逆过程可逆和不可逆过程可逆和不可逆过程 4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目对于理想气体,取定比热容时,对于理想气体,取定比热容时,c cf2f2大小决定于大小决定于大小决定于大小决定于 、p p1 1、v v1 1和和和和p p2 2/p p1,1,与与与与A A 2 2无关无关无关无关,而而喷管出口流速喷管出口流速4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目二、临界
17、压力比与临界流速二、临界压力比与临界流速 等于当地声速等于当地声速1.临界压力比与临界流速的计算临界压力比与临界流速的计算在渐缩渐扩喷管的喉部(最小截面处),在渐缩渐扩喷管的喉部(最小截面处),Ma 1,有,有 临界截面临界截面 临界压力临界压力pc 临界流速临界流速cfc 临界压力比临界压力比 c 适用定比热容的理想适用定比热容的理想适用定比热容的理想适用定比热容的理想气体定熵流动过程气体定熵流动过程气体定熵流动过程气体定熵流动过程pc cp1 适用于任何工质的可逆和不适用于任何工质的可逆和不适用于任何工质的可逆和不适用于任何工质的可逆和不可逆绝热稳定流动过程可逆绝热稳定流动过程可逆绝热稳定
18、流动过程可逆绝热稳定流动过程4/13/2023认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 水蒸气的经验值水蒸气的经验值 和理想气体的等熵指数和理想气体的等熵指数 及及 c值,值,均列于表均列于表7-2中。中。当工质的压力大约降到喷管进口压力的一半时,就会出现当工质的压力大约降到喷管进口压力的一半时,就会出现 临界状态。临界状态。临界压力比与临界流速临界压力比与临界流速临界压力比与临界流速临界压力比与临界流速气体种类气体种类 c气体种类气体种类 c单原子气体单原子气体1.670.487过热蒸汽过热蒸汽1.30.546双原
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