热力学喷管和扩压管.ppt
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1、第九章喷管和扩压管,本章介绍热工基础理论在喷管和扩压管中的应用。在叶轮式动力机中,热能向机械能的转换是在喷管中实现的。喷管就是用于增加气体或蒸气流速的变截面短管。如图就是一喷管。气体或蒸气在喷管中绝热膨胀,压力降低,流速增加。高速流动的气流冲击叶轮机的叶片,使叶轮机旋转,使气流的动能转变为叶轮机旋转的机械能。,与喷管中的热力过程相反,在工程实际中还有另一种转换,即高速气流进入变截面短管中时,气流的流速降低,而压力升高。这种能使气流压力升高而速度降低的变截面短管称为扩压管。扩压管在叶轮式压气机中得到应用。本节讨论比热容为定值的理想气体的可逆过程,且仅考虑沿流动方向的状态和流速变化,即认为流动是一
2、维流动;同时假定气体的流动是稳定流动。,一、一维稳定流动的基本方程,(一)连续性方程,根据质量守恒原理,流体稳定流经任一截面的质量流量保持不变。若任一截面的面积为A,流体在该截面的流速为c,比体积为,则流量,常数,上式称为稳定流动的连续性方程。对其两边微分得,(二)能量方程,在喷管和扩压管的流动中,由于流道较短,工质流速较高,故工质与外界几乎无热交换。在流动中,工质与外界也无轴功交换,工质进出口位能差可忽略不计,因此上式变为,两边微分得,上式说明,工质的流速升高来源于工质在流动过程中的焓降;工质的流速减小时,焓将增加。,又,当q=0且可逆时,故,上式说明,在流动过程中欲使工质流速增加,必须有压
3、力降落。所以压差是提高工质流动速度的必要条件,也是流速提高的动力。,(三)过程方程,在定熵(绝热可逆)流动过程中,工质的状态参数变化遵循定熵的过程方程,常数,两边微分有,上式说明,在定熵流动过程中,若压力下降,比体积增加。联系能量方程分析知,工质流速与比体积是同时增加或减少,而压力变化分别与比体积变化和流速变化相反。,二、声速和马赫数,由物理学知,声速,根据过程方程,有,上式说明,气体的声速与气体的热力状态有关,气体的状态不同,声速也不同。在气体的流动过程中,气体的热力状态发生变化,声速也要变化。因此在气体介质中的声速是当地声速,即某截面处热力状态下的声速。,马赫数是气体在某截面处的流速与该处
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