工程热力学第七章.ppt

第七章气体流动例7-7有摩阻的流动问题某种气体流入绝热渐缩喷管，压力和温度分别为0.6MPa和800°C，速度为100m/s。若速度系数等于0.92，流量1.7kg/s，背压为0.1MPa，求出口截面积和做功能力损失。环境温度300K第七章气体流动解：先求滞止参数第七章气体流动再求可逆出口参数修正到实际情况第七章气体流动第七章气体流动临界速度：临界流速只与工质的物性和滞止状态有关喷管选型问题第七章气体流动设计目的：确定喷管几何形状；保证气流充分膨胀。渐缩喷管缩放喷管出口压力等于背压，气流在出口未达临界出口压力等于背压，气流在出口超临界例7-1喷管选型问题第七章气体流动（1）欲使压力为0.5MPa，温度为600K，速度为100m/s的空气经喷管尽可能加速后流入压力为0.1MPa的空间，试选择喷管形式。解：步骤一：求滞止状态滞止温度第七章气体流动滞止压力临界压力应选用缩放喷管步骤二：求临界状态步骤三：判断第七章气体流动解：临界温度临界速度应选用渐缩喷管（2）欲使滞止参数为压力0.5MPa，温度为600K，的空气经喷管加速到400m/s。试选择喷管形式。第七章气体流动四、流量计算根据连续方程，喷管各截面的质量流量相等。但各种形式喷管的流量大小都受最小截面控制，因而通常按最小截面(收缩喷管的出口截面、缩放喷管的喉部截面)来计算流量，即：第七章气体流动渐缩喷管：缩放喷管：第七章气体流动结论：当A2及进口截面参数保持不变时：对于渐缩喷管：对于缩放喷管:在正常工作条件下：在喉部：尽管在喉道后气流速度达到超音速，喷管截面面积扩大，但据质量守恒原理其截面上的质量流量与喉部相等，因此流量保持不变，如图中曲线bc。第七章气体流动五、喷管尺寸第七章气体流动（1）渐缩管——关键尺寸是出口截面积（2）缩放管——关键尺寸是最小截面积、出口截面积、渐扩段长度l第七章气体流动第七章气体流动例7-2由稳定气源流来的压缩空气压力等于0.3MPa，温度等于500K，流量等于5kg/s。用渐缩喷管加速后流入背压为0.1MPa的空间，试计算出口速度和面积。步骤一：求滞止状态初速为0，初态即为滞止状态步骤二：求临界状态渐缩喷管最多只能将气体的压力降低至临界压力第七章气体流动步骤三：确定出口状态第七章气体流动例7-3水蒸气初速100m/s、压力等于2MPa、温度等于300°C，经缩放喷管流入背压为0.1MPa的空间，喷管最小截面积，试计算出口速度、面积和流量。步骤一：求滞止状态步骤二：求临界状态第七章气体流动步骤三：求出口状态第七章气体流动例7-4空气进入喷管时流速为300m/s，压力为0.5MPa，温度450K，喷管背压pb=0.28MPa，求：喷管的形状及出口流速。已知：空气cp=1004J/(kg·K)，Rg=287J/(kg·K)解：滞止过程绝热由于cf1=300m/s，所以应采用滞止参数第七章气体流动所以采用缩放喷管或第七章气体流动例7-5滞止压力为0.65MPa，滞止温度为350K的空气，可逆绝热流经一渐缩喷管，在喷管截面积为2.6×10-3m2处，气流马赫数为0.6。若喷管背压为0.30MPa，试求喷管出口截面积A2。解：在截面A处：第七章气体流动第七章气体流动出口截面：据喷管各截面质量流量相等第七章气体流动例7-6大储气柜内有初温t1=100℃，压力为p1=4.90MPa的氢气。氢气经渐缩喷管流入背压pb=3.9MPa的外界，设喷管的出口截面积A2=20mm2，试求：1）氢气流出的速度及流量；2）若初始条件不变，喷管不变，氢外流入大气，求流出的速度及流量。已知氢气Rg=4.12kJ/(kg·K)，cp=14.32kJ/(kg·K）第七章气体流动第七章气体流动解：1）首先确定p2确定p2，由于pb=0.1MPapcr2）第七章气体流动第七章气体流动（1）渐缩喷管1122如果则如果则背压渐缩喷管出口压力最低只能降至临界压力工质离开出口后将要进入的空间的压力六、喷管的外部条件讨论背压对减缩喷管的影响第七章气体流动都不变气流离开出口后，自由膨胀，压力陡降且出现波动第七章气体流动（2）缩放喷管1122如果则不能用缩放喷管