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1、第六章 气体和蒸汽的流动,工程上，常要处理气体和蒸汽在管路设备（如喷管、扩压管、节流阀）内的流动过程。,本章学习内容,1 研究气体流动过程中,2 研究影响气体在管内流的,气流速度变化,能量转换,状态参数变化,的规律,系统的外部条件,管道截面积的变化,1、沿流动方向上的一维问题：取同一截面上某参数的平均值作为该截面上各点该参数的值。2、可逆绝热过程：流体流过管道的时间很短，与外界换热很小，可视为绝热，另外，不计管道摩擦。,简化假设：,本章主要讨论可逆绝热的一维稳定流动。, 6-1 绝热流动的基本方程,一 概念,稳态稳流(稳定流动),状态不随时间变化,恒定的流量,二 几个基本方程,连续性方程,绝热
2、稳定流动能量方程,定熵过程方程,(1) 连续性方程,const,由稳态稳流特点,适用于任何工质,可逆和不可逆过程,截面面积,气流速度,气体比容,(2) 绝热稳定流动能量方程,适用于任何工质,可逆和不可逆过程,注：增速以降低本身储能为代价,(3) 定熵过程方程式,= const,可逆绝热过程方程式,适用条件:(1)理想气体(2)定比热(3)可逆,微分,三 音速与马赫数,微小扰动在流体中的传播速度,压力波的传播过程可作定熵过程处理,(1) 音速,定义式:,定熵过程,理想气体,只随绝对温度而变,(2) 马赫数,M1 超音速,M=1 临界音速,M1 亚音速, 6-2 定熵流动的基本特性,得,dc0,d
3、p0,由此可见,dc 0,dp 0,二、管道截面变化的规律,连续性方程,注:扩压管dc0,故不同音速下的形状与喷管相反,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,M1,M1,dc0,dc0,喷管,dp0,1,2,M1,渐缩渐扩扩喷管M1渐缩渐扩扩压管M1转M1,1,2,M1,M=1,M1,M1,扩压管,dp0,1,2,1,2,1,2,1,2,M=1, 6-3 喷管中流速及流量计算, 6-4 扩压管, 6-5 具有摩擦的流动, 6-6 绝热节流过程, 6-3 喷管中流速及流量计算,一 定熵滞止参数,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的参数,二、喷管
4、的出口流速,由绝热稳定流动能量方程,对理想气体,对实际气体,三、临界压力比及临界流速,(1)临界压力比,代入出口流速方程,特别的对双原子气体：,四、流量与临界流量,一般通过计算最小截面的质量流量,由连续性方程知，各个截面的质量流量相等,（1）渐缩喷管的质量流量计算,注意 的取值,（2）渐缩渐扩喷管的流量计算,正常工作时,M=,五、喷管的计算,1 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。,（2）渐缩喷管的校和计算,已知,1) 当 即,2）当 即,喷管的最大流量,kg/s, 6-4 扩压管,定熵流动的基本关系式和管道截面变化规律的关系式相同,扩压管是在已知进口
5、参数进口速度和出口速度的情况下计算出口压力,注:动能损失得越多压力增加得越多,扩压管的扩压比概念,定义式,由能量方程得,则定熵过程, 6-5 具有摩擦的流动,定义式,消耗一部分功,内容回顾,d,h,t = tw= td,t tw td,tw tas,湿空气的焓湿图,pb = const,5-2 湿空气的基本热力过程,一、单纯加热或冷却过程,d,h,1,2,2,二、冷却去湿过程,d,h,1,2,3,4,三、绝热加湿过程,d,四、绝热混合过程,d1,d2,ma2,ma1,ma3,d3,d,1,2,h3,h2,3,h1,ma1,ma2,h,6.6 绝热节流,气流流经阀门、孔板等设备时，由于截面突然变
6、小，气流局部受阻，造成压力下降的现象称为节流。如果节流过程是绝热的，则为绝热节流。,绝热流动的能量方程式,通常情况下,节流前后流速差别不大,即c2 = c1,绝热节流过程前后的焓相等，但整个过程绝不是定焓过程。,1,2,h,c,一、绝热节流前后参数的变化,(1) 对理想气体,1,2,c,h,p,(2) 对实际气体,节流前后焓不变,温度不一定不变,绝热节流温度效应,温度效应与气体的性质有关,还与其状态及压降有关,绝热节流后气体的温度变化称为节流的温度效应,焦耳-汤姆逊实验,因为节流过程压力下降，即dp0,绝热节流系数（焦尔汤姆逊系数）:,微分节流系数,证明:理想气体微分节流系数J =0.,二、温
7、度效应转变图(T - p图),保持状态1不变，改变阀门的开度得出一组节流后状态点2a,2b,2c,2d,在一定焓值范围内，定焓线都有一个温度极值点：,等焓线的斜率,微分节流的温度效应由节流前实际气体状态而定,回转曲线,回转点,三、积分节流特性,微分节流与积分节流,微分产生冷效应J0,即节流前气体处于冷效应区,积分也是冷效应.,微分产生热效应J0,即节流前气体处于热效应区,积分可能是冷效应也可能是热效应.,为获得足够大的温降,节流时往往采取较大的压力降,这是温度变化叫做积分节流的温度效应.,2a2c为热效应， 2a 2d为零效应， 2a -2e为冷效应。,有没有这种可能：节流过程终态在热效应区，
8、而初态在冷效应区,节流过程初态在热效应区，这时积分节流温度效应还与 p有关。,四、最大转变压力,图中pN为最大转变压力,流体在大于pN的压力范围内不会发生节流冷效应。,流体在小于pN的压力范围内的任一定压线与转变曲线有两个交点，对应温度：,流体温度大于Tmax或小于Tmin 时，不会发生节流冷效应。,五、节流过程的应用,制冷 调节功率 流体流量测量（孔板流量计） 利用节流降低工质的压力,水蒸气节流,节流后工质的做功能力减小,例题,3、在蒸汽动力装置中，为了调节输出功率，让从锅炉出来的压力p1=2.5MPa、温度t1=490C的蒸汽，先经节流阀，使之压力降为p2=1.5MPa，然后再进入汽轮机定熵膨胀到40kPa。设环境温度为20 C，求：（1）绝热节流后蒸汽的温度；（2）节流过程的熵变；（3）节流的有效能损失，并将其表示在T-S图上；（4）由于节流使技术功减少了多少？,例题,4、理想气体从初态1(p1,t1)进行不同过程到相同终压p2，一过程为经过喷管的不可逆绝热膨胀过程，另一过程为经过节流阀的绝热节流过程。若p1p2p0，T1T0（p0、T0为环境压力与温度），试在T-s图上表示此两过程，并根据图比较两过程作功能力损失的大小。,
