例题８－１ 由不变气源来的压力1 1.5MPa p =，温度127C t =?的空气，流经一喷管进入压力保持在b 0.6MPa p =的某装置中，若流过喷管的流量为3kg/s ，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？若来流速度f 1100m/s c =，其他条件不变，则喷管出口流速及截面积为多少？ 解 （１）这是一典型的喷管设计问题，可按设计步骤进行。 求滞止参数 因f 1c =0，所以初始状态即可认为是滞止状态，则 1001,300K p p T T === 选型 . b cr 00.6MPa 0.40.5281.5MPa p p γ==<= 所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选缩放喷管，则2b 0.6MPa p p ==。 求临界截面及出口截面参数（状态参数及流速） cr cr 00.528 1.5MPa 0.792MPa p p γ==?= (1)/0.4/1.4 cr cr 000.792MPa ()300K ()250.0K 1.5MPa k k p T T p -==?= cr 3cr 6 cr f,cr cr 287J/(kg K)250.0K 0.09059m /kg 0.79210Pa 1.4287J/(kg K)250.0K 316.9m/s g g R T v p c kR T ??= = =?==???= 或 f,cr 0cr 2()p c c T T = - 2b (1)/0.4/1.4 22002326 2 f 2020.6MPa 0.6MPa ( )300K ()230.9K 1.5MPa 287J/(kg K)230.9K 0.1104m /kg 0.610Pa 2()21004J/(kg K)(300230.9)K k k g p p p p T T p R T v p c c T T -====?=??= ==?=-=???- 372.6m/s = (4)求临界截面积和出口截面积及渐扩段长度
第九章气体与蒸汽的流动 一、是非题 1．在绝热流动中欲使气流增速必须降压（），反过来，流道中有压降一定能使气流增速（）。 2．在稳定流动过程中，流体的状态变化过程可看作准平衡过程。（） 3．稳定流动的连续性方程可普遍适用于稳定流动过程，而不论流体（液体和气体）的性质如何，或过程是否可逆。（） 4．定熵流动特性方程(9–11)适用于理想气体的可逆绝热流动过程。（） 5．在定熵流动中欲使气流达到超声速必须采用缩放喷管（），流体流经缩放流道一定能达到超声速（）。 6．声速是一个常数，在流道中每一截面处的声速均相同（），热空气中的声速比冷空气中大（）。 7．临界压力比 1 cr1 2+ ?? ? ? ? ? + = γ γ γ v 中的无论对于理想气体或水蒸气均有V p c c = γ （）。 8．只要喷管进、出口的压力比v小于临界压力比v cr，不论使用什么形状的喷管均能达到超声速（）。 9．流体在直管中不可能达到超声速（），流体在直管中作绝热流动时不可能达到超声速（）。 10．初参数相同的气体分别进入一渐缩喷管及一缩放喷管作完全膨胀，已知二者的最小截面面积相同，则通过两个喷管的质量流率是相同的（）。 11．在定熵流动中，对应任一截面的滞止参数都是相同的（）。 二、选择题 1．在定熵流动中若喷管进口处气流流速低于当地声速，要让气流增速需要选择
或，要使气流升压需要选择，当进口流速高于当地声速时，欲使之增速速或增压，分别应选择及。 (a)渐缩管；(b)渐扩管；(c)缩放管 2．在喷管流动计算中管形选择和判断中最方便的办法是用。 (a)马赫数Ma；(b)临界压力比cr ；(c)当地声速 3．气体在渐缩喷管A及缩放喷管B中作定熵流动，实现完全膨胀，已知二者进口参数相同，喷管B的渐缩段尺寸与喷管A相同，喷管A出口速度等于当地声速，则 (i) A m B m ；(ii)喉部p tA p tB；(iii)流速c A出 c Bt；(iv) p A出 p B出； (v) c A出 c B出。 (a)大于；(b)等于；(c)小于； 4．在进、出口参数不变的情况下在拉伐尔喷管后使管长加长一段，其出口流速将 ，其流量将。若切去一段，出口流速将，流量将。若为渐缩管则分别为。 (a)增加；(b)减小；(c)不变 5．定熵流动特性方程(9–11)适用于。 (a)任意气体的可逆绝热流动过程；(b)理想气体的可逆绝热流动过程；(c)任意气体的任意流动过程 6．喷管设计计算时的已知条件是，需确定的是，校核计算的已知条件是，需要确定的是。 (a)进、出口参数；(b)喷管尺寸；(c)气体流量；(d)喷管出口流体的流速。 7．对理想气体而言喷管流动的计算多采用，而对水蒸汽最为方便的是采用。 (a)解析式；(b)物性表；(c)h-s图。
第九章气体与蒸汽的流动 9．1 稳定流动的基本方程 (1) 9．1．1 稳定流动质量守恒方程（连续性方程） (2) 9．1．2 稳定流动能量方程 (3) 9．1．3 熵方程 (3) 9．1．4 状态方程 (3) 9．2 定熵流动的基本特性 (4) 9．2．1 定熵流动的特性方程 (4) 9．2．2 当地声速和马赫数 (5) 9．3 气体在喷管和扩压管中的流动 (7) 9．3．1 速度变化与状态变化的关系 (7) 9．3．2流速变化、状态变化与流道截面积变化的关系 (8) 9．4 喷管中气体流动的计算 (9) 9．4．1 喷管的设计计算 (10) 9．4．2 喷管的校核计算 (18) 9．5 水蒸汽在喷管中的定熵流动 (22) 9．5．1 设计计算 (23) 9．5．2 校核计算 (24) 9．6 有摩擦的绝热流动与绝热节流 (26) 9．6．1 有摩擦的绝热流动 (26) 9．6．2 绝热节流 (30) 9．1 稳定流动的基本方程 流动过程在工程上常有出现，例如气轮机中气体流经喷管使其流速增加的过程，叶轮式压气机中气流经过扩压管使其减速增压的过程等等。由于气体在流动过程中伴有工质热力状态的变化，有热力学能参与能量转换，因此，对这种热流体的流动过程的研究也属于工程热力学研究的范畴，特别是在热能工程上具有重要的实践意义。 流体流动状况的变化是以流速的变化为标志的，根据能量守恒原理，流速变化必然意味着流动过程中有能量的转换和流体热力状态的变化。另一方面，流体在流道内的流动还
必须遵循质量守恒原理，因此，流动速度与流道的尺寸有关，其速度变化需要流道尺寸的配合。为了实现预期的流动，这两方面都是必须考虑的。
第九章气体与蒸汽的流动（5学时） 1. 教学目标及基本要求 了解工程上常见的绝热流动过程（可逆与不可逆过程）； 掌握定熵流动特性，能画出特性图中主要的曲线； 熟悉定熵流动喷管（扩压管）的计算步骤。 2. 各节教学内容及学时分配 9-1 概述 9-2 稳定流动的基本方程（0.5学时） 9-3 定熵流动的基本特性，声速与马赫数 9-4 气体在喷管和扩压管中的流动 9-5，9-6 喷管的计算 9-7 有摩擦的绝热流动 9-8 绝热节流（0.5学时） 3. 重点难点 绝热流动过程（可逆与不可逆过程）特性，定熵流动的基本方程，定熵流动特性图；滞止参数；喷管计算（设计及校核）；有摩擦的流动。 4. 教学内容的深化和拓宽 校核计算；第二定律分析；因滞止引起的测温误差。 5. 教学方式 讲授，讨论，.ppt 6. 教学过程中应注意的问题 蒸汽不要当理想气体计算，如?h = c p?T。计算流速开平方前勿忘单位制统一。 7. 思考题和习题 思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论） 习题：教材习题2,3,5,6,9（可变） 8. 师生互动设计 讲授中启发讨论： 喷管/扩压管的形状。 因滞止引起的测温误差。 9. 讲课提纲、板书设计
第九章 气体与蒸汽的流动 9-1 概述 讨论：热力学参数-流速-流道尺寸/形状间关系 喷管、扩压管设计的热力学基础 工质：理想气体、水蒸汽 简化：先讨论一维定熵稳定流动，再讨论有摩擦的流动 静叶(喷管) 喷气发动机 9-2 稳定流动的基本方程 ★ .ppt 图示：绝热喷管 一、质量守恒方程（连续性方程） 0=?+==v dv c dc A dA v Ac q f f f m 或 定值 二、能量方程 vdp dh cdc vdp dh dc dz w vdp w q w gdz dc dh w dh q f f net t net f t ?=?=?=?===?==+++=+= 或 2 22 10 ,0 , ,02 1 δδδδδδ 三、过程方程(熵方程+状态方程) 0=+=v dv p dp pv γγ 或 定值 9-3 定熵流动的基本特性，声速与马赫数 ** 定熵流动特性曲线（稳定流动基本方程组的图示） ★ .ppt 图示：定熵流动特性曲线 1. 比体积v