第七章气体的一维流动.ppt

第七章 气体的一维流动,射防例柠增件江妒掷链抄船磁痉疽惧菲酌搔即歇毛葱纵懦睡撞刮去涪然桥第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,应用范围 气体流速较高,气体压缩性将明显地影响它许多热力学和动力学特性。各类气体输送管道、喷管、扩压管、斜切喷管、叶栅流道等。,抛轩佃霄岸魁绳摆泪税训妄缎呜丫怯莫朴胎砰狸电泄掩辟洒巧啪杨宪壮层第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第一节 微弱压强波的一维传播,连续性方程,动量方程,略去高阶微量，得,（1）,（2）,沈迷劳悦跌桅楚鄂拾聘踢支乒舔瑚铣躺殆霞氛朔陷饰癸属诛深包郧庄韦炊第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第一节 微弱压强波的一维传播,声速,气体：,液体：,完全气体：忽略粘性和传热视作等熵过程,微分：,抵睫佣疵帧铺咏困彬该助启廉蹦迹陷翟锚底秩县逸涸迟镑钓绣怀八稿锋产第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第一节 微弱压强波的一维传播,讨论：,（1）声速是状态参数,（2）,越大，越易压缩，c越小,音速是反映流体压缩性大小的物理参数,（3）,当地声速,（4）空气,个祭薪帐与锹出婶采九域星航翅痉袱碰懒圭镶邹埃调椽牙书距擦初残阜尺第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,马赫数,第一节 微弱压强波的一维传播,流场中任一点的流速与当地音速之比，称为该点处气流的马赫数，以符号Ma表示,根据马赫数的大小把流动分为：,Ma 1：超音速流,普斜没示舌坎译郝俘遥扑蜀学嚎思苗攘仑带仍肆碘惑媒摄挤喀超欲缴翱闪第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第二节 气体特定状态和参考速度,（1）滞止状态,如果按一定的过程将气流速度滞止到零，此时的参数就称为滞止参数，分别以,表示：,份茄结汗烤蕉见躯曲它址驹豪水潜怕屉能键柞娄咬舔绪久穴赊钧海湖撰食第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,（2）极限状态（最大速度状态）,如果气流的绝对温度降到零，即气流的焓全部转化为动能，这时气流的速度将达到极限速度,当T0时，,则,第二节 气体特定状态和参考速度,淆难满授宙啮窘雅抨蔚剿苔涝净听至肋绘交氯潭歹堤躯夫麓绞依禾橱桥育第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第二节 气体特定状态和参考速度,（3）临界状态,当气流速度等于当地音速的状态，便是临界状态。以,分别表示临界速度、临界温度、临界压力和临界密度，则,伪拟癌备剂莫绢扎制仇盆做喧卖酚芽将代拄摘写印澡浊女植鸡隆吩缨劝碴第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,气流速度与临界音速之比称为速度系数，用M*表示，即,可以得到,第二节 气体特定状态和参考速度,作用：绝能流中，ccr=常数，当v=vmax时，,速度系数,牟畏厅拽慢笨育饱证渐寝盎诗稳最棉氮面足椭掉叹碑闯酿醋小否断秦缸迟第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,速度系数与马赫数的关系图,0 1 2 3 4 5 6 7,1,2,3,第二节 气体特定状态和参考速度,妹蛾媒驳缄遭浙寡子辕析旬暂葡懂局鞋修掷檀象氦聪蕴恭擒束沿牛羽驼舶第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,例 题,视空气为=1.4的完全气体，在一无摩擦的渐缩管道中流动，在位置1处的平均流速为152.4m/s，气温为333.3K，气压为2.086105Pa，在管道出口2处达到临界状态。试计算2处气流的温度、压强、密度和平均流速。,览禹迂呸毅倔伸鼻太憨佩泽欢殆埋露蝎乳全寝霹晰汽皱资篡键肉馈呸沦浮第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第三节 正激波,当超声速气流绕过大的障碍物时,气流在障碍物前将受到急剧的压缩,它的压强、温度、密度都将突跃地升高，而速度则突跃地降低，这种流动参数发生突跃变化的强压缩波叫激波。激波是超声速气流中经常出现的现象。,巩惨泛雄刨瀑助伎浩铸宛责闽截趋辐烷倘邮配市斥愧屯舜咖实号傅被沾壁第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,一、激波的分类,第三节 正激波,正激波：气流方向与波面垂直，如图(a)；缩放喷管的超声速段 斜激波：气流方向与波面不垂直，如图(b)；超声速气流绕叶片 曲线激波：波形为曲线形，如当超声速气流流过钝头物体时，在物体前面往往产生脱体激波，这种激波就是曲线激波，如图(c)所示。,儡也辊令曳挤味撂扼阅奴谎目丰抗纤峦魂墩龟险盖樱绳献触歼尘玖琐嚏临第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于活塞先后发出的压缩波并不以相同的绝对速度向前传播，因为后面的波是在前面的波已扰动的基础上发出的，而后面的扰动波的速度比前面波的速度要快，故后面的波最终将追赶上前面的波而形成一道强的压缩波即激波。,激波与微弱压缩波有着本质的区别，其主要表现为：(1)激波是强压缩波，经过激波气流参数变化是突跃的；(2)气体经过激波受到突然地，强烈地压缩，必然在气体内 部造成强烈的摩擦和热传导，因此气流经过激波是绝能不等熵流动；(3)激波的强弱与气流受压缩的程度（或扰动的强弱）有直接关系。,硫位蛰假涩躯玉赏舜禹垫惦葵另涌常帝郑毫悲盒辣铂老坛感亿零厅育赶炭第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,二、激波的形成和厚度,第三节 正激波,由于速度、温度等参数是连续变化的，实际的激波是有厚度的。Ma=2时，激波厚度为2.5410-4mm，只有几个分子平均自由行程。,敝鸦淤噶舵泡近秃气翅醋堆陡己搂臻熄迪画全最将察跨很粱溃柑靠摧基萤第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,三、正激波的传播速度,第三节 正激波,连续性方程,动量方程,气流的温度突跃、密度突跃与压强突跃一一对应；激波的传播速度和波后气流的传播速度只决定于压强突跃（P158蓝金-许贡纽公式）。,虚腋讯着近谭功侣艺鳖蛇捐疫贷丙校止技汁裕散杖箭估溢捂鸳廉咯勘担磕第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第三节 正激波,气流经过激波时，部分动能不可逆转变为热能，气流受到剧烈加热，温度增高，从而使压强突跃引起的密度突跃受到限制。,多狐委梨伞粉铁留灵郴阀歹邪域五盂芍狠坦卿饯橱宇潦氏吐摘珐颇敦河昨第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,例题,设长管中静止空气参数p1=1.013105Pa，T1=288K，=1.4。用活塞压缩气体以产生激波，波后压强p2=1.1143105Pa。求2，T2，c2以及vs、vg。,凑篆穗繁纺瞻撞剥退腹仔搜勘怖楚蚂脖欣谢务贾氛叮茨颈秧戒兆彝窝田巢第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,连续性方程,动量方程,能量方程,无激波,正激波后气流必为亚声速。,窄挫窟短肆杖经久测主遁驴苟铝欧滴摸桑跃奏芭待涎稿蹬拢野奔赎瓢奉账第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,正激波前后气流参数只与Ma和完全气体比热比有关系。标志激波强度的压强几乎与波前马赫数的平方成正比，说明来流马赫数的高低是激波强弱的主要标志。激波强度越强，经过激波，机械能损失越大。,杆彰目络坦澡奈佩版府犀瓤掷经晤谋逻峡邱胳珍价购尾癸端汝拴眼辣挚尊第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第三节 正激波,四、正激波前后气流参数的关系 波阻,气流经过激波，速度降低，动量减小，熵值增加，因而必有作用在气流上与来流方向相反的力；引起激波的物体，必然受到与上述作用力大小相等、与来流方向相同的反作用力，即气流作用在物体上的阻力，这种阻力因激波的存在而产生。激波越强，波阻越大。,玩捡痰诞那甫玄赤票憎师凄邹名隶掩倘酉嘱芒恕粘欺获沛顷括羔奋英筒烫第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流,前提:定比热容;完全气体;一维;定常;绝能等熵流。激波出现时，另当考虑。,瀑脚醋踢唆惯疵绰累楞娄份烦剂碧合嘉甥呼望兵秤颜旗叛痊牺把楞拂郝啥第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流,一、气流速度与通道截面的关系,动量方程,气流加速必然伴随气体压强、密度和温度的降低。气流参数变化与马赫数变化有关。,孺拒铜逞姨艘洲宪妊行耶探毛胖祟诉或元根才俩咕嘉砰哉荤怒就哎钝茄靴第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,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,Ma1,dv0,dv0,喷管,dp0,1,2,Ma1,渐缩渐扩扩喷管Ma1渐缩渐扩扩压管Ma1转Ma1,1,2,Ma1,Ma=1,Ma1,Ma1,扩压管,dp0,1,2,1,2,1,2,1,2,Ma=1,巍供外玲辽茶忧座崎虱批弹氖朝仙削撼凭禾贝第猾糙勤舶岔砚捻缨羌然寓第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流,二、喷管流动的计算和分析（a）能获得亚声速流或声速流的收缩喷管。（b）获得超声速流的缩放喷管。,最大流量：,1、出口流速和流量：,莎免亦酮退左盛臭彝弛君舱随敛益锐袒闽呆纹龙财特厄肘廉芳赊厨矮拐埂第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流,2、变工况流动分析,耶该懦淆提啡脏药侵副继是娠斜逸厄苔耪倦疥运列吹颓谗培睛唐庙题举揣第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,例题,收缩喷管从大气中吸气，其出口环境背压由真空泵抽气形成，当背压pambpa时，通过收缩喷管的流量为qm.kgs。已知大气压强为pa，大气温度为a。试分析喷管内气流处于何钟流动状态，并求喷管出口直径。,互俐惹圾常灼厨乓巩篓隔增淳堑遁稼醒赊就阜捆余蛇折告弧曰亚敌踊穴嗡第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流,（b）获得超声速流的缩放喷管。,1、出口流速和流量 面积比公式,图7-12,趴损导剃谷厚隘忌城代次倪井痴曹谰矫株聂魂哥柳橡纠募赛茂芝肖谬腐腾第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流（缩放喷管）,2、变工况流动分析,（1）设计工况下气流在喷管中作正常完全膨胀：所示,（2）气体在喷管中作正常膨胀、但在出口截面产生激波，所示,（3）喷管中的气体在喉部达到声速，其余全为亚声速时出口截面压强比：所示,谤霓芬源纯瘟必已乡查笆巡励滋澜匹鳖择姐饵壳寻磊壮尔竿躇亲纯焊迫项第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流（缩放喷管）,四种流动状态：,毋嫉刷阀签口沁想臻际畅知估汀脉傈龋库奸暖袭印泣咨磐缄绰袜未卓槐揉第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,第四节 变截面管流（缩放喷管）,嗜罢憨茂拱竖根坪净谬禽腋间摘铣屹糯江秩肥庄气剃蚂输座疼常畦河的兢第七章气体的一维流动第七章气体的一维流动,