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1、第八章 气体和蒸汽的流动,第一节 喷管和扩压管的截面变化规律 第二节 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量 第三节 气体和蒸汽的绝热节流,1。熟练掌握喷管和扩压管的截面变化规律 2。熟练掌握气体和蒸汽在喷管中的流速和质量 流量 3。掌握气体和蒸汽的绝热节流,基本要求：,气体作一元稳定、可逆、绝热流动应满足：四个方程 连续性方程、可逆流动方程、可逆绝热方程、音速方程,1、连续性方程,2、可逆流动方程,3、可逆绝热方程,4、音速方程,第一节 喷管和扩压管的截面变化规律,一、气流流通截面变化率方程,最终推导得：,图8-1 喷管截面形状,二、喷管截面的变化规律 1、当喷管的进口流速为亚音速， Ma2-1
2、为负值，喷管是渐缩型的。,2、当喷管的进口流速为超音速，Ma2-1为正值，喷管是渐放型的。,3、当气流由亚音速增加到超音速喷管应是缩放型的。该喷管又称为拉伐尔喷管，最小截面处的流动为临界流动。,三、扩压管的截面变化规律 1、当扩压管的进口流速为亚 音速，扩压管是渐放型的。 2、当扩压管的进口流速为超 音速，扩压管是渐缩型的。 3、当气流由超音速减到亚音 时，扩压管应是缩放型的。 最小截面处的流动为临界流动。,一、流速 将开口系统稳定流动能量方程应用于喷管：,第二节 气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量,焓值单位为J/kg，速度单位为m/s；该式适用于任意工质的任意绝热过程。,对于理想气体,如为理
3、想气体可逆绝热流动：,当 p2 / p1 = 0，即出口处为真空时，出口流速达到最大,当 p2 / p1 = 1时，即进出口没有压差时，流速为零。,理想气体绝热过程,二、临界速度和临界压力比,沿喷管的可逆绝热流动中，气流速度等于当地音速的截面称为“临界截面”。临界截面上的温度、压力、速度分别称为临界温度、临界压力、临界速度。,Tcr 、 Pcr 、 Wg,cr,临界压力与进口压力之比称为“临界压力比”,临界压力比 cr 仅与气体的种类有关，适用于理想气体和水蒸汽。水蒸汽的k值取经验数值。,单原子气体 k=1.67 cr 0.487 双原子气体 k=1.40 cr 0.528 三原子气体 k=1
4、.30 cr 0.546 过热水蒸汽 k=1.30 cr 0.546 饱和水蒸汽 k=1.135 cr 0.577,cr物理含义：气流的压力下降多少时，流速恰好等于当地音速。它还是判定流动特征的参数。 p2 / p1 c r , 则Ma 1，超音速流动,根据临界压力比公式可求临界速度,三、渐缩喷管在非设计工况下的工作,设计工况： P2=Pcr,1.背压,出口膨胀波：,2.背压,出口雍塞：,非设计工况：,四、质量流量（一元稳定流动）,1、对于渐缩喷管：出口截面为最小截面,理想气体,讨论： 1、当 p2 / p1 = 1，质量流量为零，流不动，如图中点A。,2、当 p2 / p1下降时，质量流量增
5、加，当压力比达到临界压力比时，质量流量达到最大值。如图中点B。,3、当p2 / p1 再下降时，尽管从力学条件上气流可达到超音速，对于渐缩喷管而言，其几何形状限制了气流的膨胀。出口截面上的压力仍为pcr ，流量为最大流量。实际按BC变化。,2、对于缩放喷管：临界截面为最小截面,对于理想气体，由临界压力比及绝热过程方程得：,例8-1 废气涡轮中渐缩喷管出口截面积A2=200cm2，背压P2=0.11MPa，喷管入口燃气压力P1=0.2MPa，温度t1=400C，燃气具有空气性质，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。,解 首先判断背压是大于还是小于临界压力：,背压大于临界压力，故 。,例8-2 渐
6、缩喷管出口截面积A2=3cm2，背压P2=0.5MPa，喷管入口空气压力P1=1MPa，温度t1=700C，试求喷管出口截面处的流速和质量流量。,解 首先判断背压是大于还是小于临界压力：,背压小于临界压力，故 。,2、实际气体： h = f(T,p),节流后温度变化不定。 T2 T1 ， “节流热效应”,第三节 气体和蒸汽的绝热节流,绝热节流：1、h1 = h2 2、p2 0 ,s2 s1 , sf=0 4、v2 v1,绝热节流的温度效应称为 “焦尔-汤姆逊效应”,1、理想气体：因为 h = f(T)，T1 = T2,1。气体和蒸汽的流动（喷管和扩压管）的基本概念 1）喷管、扩压管、拉伐尔喷管（渐缩、渐放、缩放型） 2）音速方程、马赫数、临界截面参数（Pcr、Tcr、Wcr）、 3） 临界压力比、质量流量、最小截面、绝热节流温度效应 2。喷管的基本计算 流速、临界压力比、临界速度、质量流量 3。了解绝热节流温度效应,本章小结：,