青岛大学工程热力学cha

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Qingdao University,，,Engineering Thermodynamics,（工程热力学）,Chapter 9 Gas Flow and Steam Flow,气体和蒸汽的流动,主讲：张金翠,Tel,：,E-mail:,zjc0404,Chapter 9 Gas Flow and Steam Flow,气体和蒸汽的流动,9-1,概述,9-2,稳定流动的基本方程,9-3,定熵流动的基本特性,9-4,气体在喷管和扩压管中的流动,9-5,喷管中气体流动的计算,9-6,水蒸气在喷管中的定熵流动,9-7,有摩擦的绝热流动,9-8,绝热节流,9-1,Introduction,概述,工程中有许多流动问题需考虑宏观动能和位能，特别是喷管（,Nozzle;jet,）、扩压管（,Diffuser,）及节流阀（,Throttle valve,）内,稳定绝热高速,流动过程的能量转换情况,9-1,Introduction,概述,本章学习内容,1,、研究气体流动过程中的状态参数变化、气流速度变化、能量转换的规律。,2,、研究影响气体在管内流动的外部因素,管道截面积的变化,系统的外部条件,5,稳定,绝热,一维,可逆,参数取平均值,本章分析对象,9-1,Introduction,概述,9-2 Basic equations of steady flow,稳定流动的基本方程,1,、,Continuity equation,连续性方程,p,1,T,1,q,m1,c,f1,p,2,T,2,q,m2,c,f2,9-2 Basic equations of steady flow,稳定流动的基本方程,2,、,Steady-flow energy balance,稳定流动能量方程,3,、,Entropy balance,熵方程,绝热稳定流动,9-2 Basic equations of steady flow,稳定流动的基本方程,4,、,state equation,状态方程,9-3,Basic characteristics of isentropic-flow,定熵流动的基本特性,一、,Basic equations of isentropic-flow,定熵流动的基本方程,二、,Characteristic equation,特性方程,稳定流动过程,可逆绝热（定熵）过程,绝热、绝功、无摩擦,一、,Basic equations of isentropic-flow,定熵流动的基本方程,1,、,Continuity equation,连续性方程,2,、,Steady-flow energy balance,稳定流动能量方程,一、,Basic equations of isentropic-flow,定熵流动的基本方程,3,、,Entropy balance,熵方程,4,、,Process equation,过程方程,注意，若水蒸气，则,二、,Characteristic equation,特性方程,1,、声速（,sonic velocity,）,等熵过程中,所以,？,空气当地声速,水蒸气当地声速,二、,Characteristic equation,特性方程,注意：,声速不是常数，它随流体的状态变化而变化,某一状态下的声速称为,当地声速,二、,Characteristic equation,特性方程,3,、气体流动分类,亚声速流动（,subsonic,）：,Ma 1,，,c,f,1,，,c,f,c,临界流动（,sonic/critical flow,）,:,Ma=1,，,c,f,=,c,高超声速流动（,hypersonic,）,:Ma,1,2,、马赫数（,Mach number,）,二、,Characteristic equation,特性方程,4,、,Derivation,特性方程的推导,例题,9-1,9-4,Gas flow through nozzles and diffusers,气体在喷管和扩压管中的流动,一、,velocity change and property relations,速度变化与状态参数间的关系,动能的增加由技术功转换而来,二、,Variation of fluid velocity with flow area,管道截面变化规律,喷管（,nozzle,）：降压增速，,dp0,扩压管（,diffuser,）：降速增压，,dc,f,0,dA,的变化与,Ma,的,大小相关,1,、喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系,流动状态,管道种类,管道形状,Ma1,dc,f,0,dc,f,0,喷管,dp0,1,2,Ma1,渐缩渐扩喷管,Ma1,渐缩渐扩扩压管,Ma1,转,Ma1,Ma=1,Ma1,扩压管,dp0,1,2,1,2,1,2,1,2,Ma=1,dA0,dA0,dA0,dA0,2,2,2,2,Ma1,渐缩喷管,converging nozzle,渐扩喷管,diverging nozzle,渐缩渐扩喷管,converging and,diverging nozzle,渐扩扩压管,diverging difusser,渐缩扩压管,converging nozzle,渐缩渐扩扩压管,converging and,diverging difusser,喉部（,throat,）,:Ma=1,c,f,=c,这一点称为流动临界状况，此点对应的参数称为临界参数（,critical properties,），,p,cr,，,T,cr,，,v,cr,，,A,cr,，,c,f,cr,，,c,cr,9-5 Calculation of gas flow through nozzles,喷管中气体流动的计算,Design calculation,设计计算,给定：喷管进、出口参数，流量,求解：喷管出口流速,c,f2,，喷管尺寸（流体完全膨胀,）,Check calculation,校核计算,给定：喷管尺寸及形状，进出口参数,求解：判断能否实现完全膨胀,实际流速及流量,Design calculation,设计计算,一、定熵滞止参数,（,isentropic stagnation properties,）,1,、定义,将具有一定速度的气流在,定熵条件,下扩压，使其,流速降低为零时,流体的参数，,p*,T*,v*,h*,等,2,、,定熵滞止参数的确定,3,、,为何采用定熵滞止参数,2,、定熵滞止参数的确定,h*,（滞止焓,Stagnation enthalpy,）,v,1*,1,2,p,s,1,2,1*,T,v*,p*,T*,2,、定熵滞止参数的确定,T*,（滞止温度,Stagnation temperature,）,p*,（滞止压力,Stagnation pressure,）,2,、定熵滞止参数的确定,v*,（滞止比容,Stagnation specific volume,）,3,、为何采用定熵滞止参数,若,c,f1,较小（,c,f1,p,cr,时，,p,2,=p,b,，,此时流体,充分膨胀,p,b,p,cr,时，,p,2,=p,cr,，,此时,q,m,=q,m,max,Design calculation,设计计算,四、气体的流量计算,2,、渐缩渐扩喷管的流量计算,对缩放喷管而言，气流流经喉部后，,qm,不变一直以,qm,max,在流动,Design calculation,设计计算,五、管形选择,设计型计算，通常已知,p1,，,t1,，,cf1,，,pb,，以实现充分膨胀为目的，如何选择喷管？,小结,-,喷管的设计计算和校核计算,喷管的设计计算,已知,1),当 即,采用渐缩喷管。,2,）当 即 采用缩扩喷管。,出发点：,喷管的设计计算例题,由不变的其原来的压力,p,1,=1.5MPa,，温度为,t,1,=27,的空气，流经一喷管进入压力保持在,p,b,=0.6MPa,的某装置中。若流过喷管的流量为,3kg/s,，来流速度可忽略不计，试设计喷管。,1,、求,p*,、,T*,2,、选型,3,、求参数（临界点、出口点）,4,、求面积,小结,-,喷管的设计计算和校核计算,渐缩喷管的校核计算,已知：,1),当 即,2,）当 即,喷管的最大流量,kg/s,渐缩喷管的校核计算例题,一渐缩喷管，其进口速度接近为零进口处,A1=40cm2,，,A2=25cm2,。进口,水蒸气,参数为,p1=9MPa,，,t1=500,，,pb=7MPa,。试求出口流速及流过喷管的流量。,1,、求滞止参数,2,、确定出口截面上的压力,3,、临界点和出口截面上的状态参数,4,、求,c,f,cr,、,c,f2,5,、求,q,m,9-6,水蒸气在喷管中的定熵流动,水蒸气不是理想气体，凡是利用理想气体性质推出的公式均不适用,s,2,1,h,1*,1,、定熵滞止参数,2,、临界压力比,水蒸气在喷管中的定熵流动,3,、流速计算,4,、喷管截面面积计算,Application-,水蒸气的定熵流动,1,、,p,1,=0.5MPa,的干饱和蒸汽进入喷管，外界,p,b,=0.1MPa,。若要实现完全膨胀，应采用什么类型的喷管？,2,、压力为,2MPa,，温度为,490,的蒸汽流经渐缩喷管，可逆绝热膨胀进入外界,p,b,=0.1MPa,的空间。求该喷管出口截面上的压力流速？,9-7,有摩擦的绝热流动,1,、引入几个新概念,s,s,1,2,1*,T,2,1,h,1*,2,2,9-7,有摩擦的绝热流动,2,、,c,f2,、,h,2,的计算,9-8,绝热节流,定义：气体在管道中流过突然缩小的截面，而又未及与外界进行热量交换的过程。,1,2,c,h,p,1,、过程特点,绝热节流过程,前后的焓,相等，,但整个过程绝不是等焓过程,2,、,状态参数变化,3,、,绝热节流效应,0,=0,产生热效应,产生冷效应,产生零效应,9-8,绝热节流,2,、状态参数变化,s,1,2,T,s,2,1,h,理想气体,压力下降,比容增加,熵增加,焓不变,温度降低,压力下降,比容增加,熵增加,焓不变,温度不变,水蒸汽,Application,压力为,p1=2MPa,、温度,t1=400,的水蒸汽，经节流阀后，压力降为,p1=1.6MPa,，再经喷管射入压力为,pb=1.2MPa,的大容器中，若喷管出口截面积,A2=200mm,2,。求,（,1,）节流过程熵增,（,2,）应采用何种喷管？其出口截面上的流速及喷管质量流量是多少？,（,3,）蒸汽作功能力的损失（环境介质温度,T0=300K,）,