气体与蒸汽的流动

第一节绝热稳定流动的基本方程一、绝热稳定流动工程中气体和蒸汽在管道内的流动可以视为稳定流动，为了简化起见,可以认为垂直于管道轴向的任一截面上的各种热力参数、热力学参数都相同，气体参数只沿管道轴向(气流流动方向)发生变化，称为一维稳定流动。

此外，气体在喷管或扩压管内的流动时间较短，与外界几乎没有热量交换，可以认为是绝热流动.因此,气体在喷管或扩压管内的流动为一维绝热稳定流动。

二、绝热稳定流动基本方程研究气体和蒸汽的一维稳定流动主要有三个基本方程.即连续性方程、绝热稳定流动能量方程和定熵过程方程.1、连续性方程在一维稳定流动的流道中，去截面1-1、2—2、······根据质量守恒定律，可导出一个基本关系式。

在稳定流动通道内任一固定点上的参数不随时间的改变而改变，各截面处质量流量都相等。

即（7—1)式中——各截面处的质量流量,kg/s；——各截面处的截面积，；——各截面处的气体流速，m/s；——各截面处的气体比体积，；对于微元稳定流动过程，对上式微分可得（7—2）式（7-1）、式（7—2）为稳定流动连续性方程。

它适用于任何工质的可逆与不可逆的稳定流动过程。

2、绝热稳定流动能量方程由能量守恒定律可知,气体和蒸汽的稳定流动过程必须符合稳定流动能量方程，即气体和蒸汽在管道内流动时，一般情况下，由绝热流动时，,因此上式可简化为(7—3)对于微元绝热稳定流动过程，可写成(7—4)式（7—3)、式（7—4)为绝热稳定流动能量方程。

说明气体和蒸汽在绝热稳定流动过程中,其动能的增加等于焓的减少。

它适用于任何工质的可逆与不可逆绝热稳定流动过程。

3、定熵过程方程气体在管道内进行的绝热流动过程，若是可逆的，就是定熵过程。

气体的状态参数变化符合理想气体定熵过程方程式，即（7—5)对于微元可逆绝热流动过程,可写成（7—6）式(7—5），式（7-6）只适用用于比热容为定值（即k为定值）的理想气体的可逆绝热流动过程。

第七章气体及蒸汽的流动思考、判断、证明、简答题(1) 流动过程中摩擦是不可避免的，研究定熵流动有何实际意义和理论价值。

解：实际流动过程都是不可逆的，势差、摩擦等不可逆因素都是不可避免的，而且不可逆因素的种类及程度是多种多样的。

因此，不可能直接从不可逆的实际流动过程的研究中，建立具有普遍意义的基本关系式。

流动问题的热力学分析方法，是暂且不考虑摩擦等不可逆因素，在完全可逆的理想条件下，建立具有普遍意义的基本关系式，然后，再根据实际工况加以修正。

“可逆”是纯理想化的假定条件。

采用可逆的假定，虽然是近似的，但也是合理的。

这不仅使应用数学工具来分析流动过程成为可能，而且，其分析结论为比较实际流动过程的完善程度，建立了客观的标准，具有重要的理论意义和实用价值。

(2) 喷管及扩压管的基本特征是什么？解：不能单从变截面管道的外形，即不能单从截面变化规律，来判断是喷管还是扩压管。

一个变截面管道，究竟是喷管还是扩压管，是根据气流在管道中的流速及状态参数的变化规律来定义的。

使流体压力下降、流速提高的管道称为喷管；反之，使流体压力升高、流速降低的管道称为扩压管。

对于喷管必定满足下列条件：d c＞0；d p＜0；d v＞0；d h＜0对于扩压管则必定满足：d c＜0；d p＞0；d v＜0；d h＞0(3) 在变截面管道中的定熵流动，判断d v/v与d c/c究竟是哪个大的决定因素是什么？解：连续方程的微分关系式为d A/A=d v/v -d c/c上式表明通道截面的相对变化率必须等于比容相对变化率与流速相对变化率之差值，否则就会破坏流动的连续性。

例如，当d v/v＞d c/c时，气体的膨胀速率大于气流速度的增长率，这时截面积必须增大，应当有d A/A＞0，否则就会发生气流堵塞的现象。

同理，当d v/v＜d c/c时，必须有d A/A＜0，否则就会出现断流的现象。

显然，如果破坏了流动的连续性，也就破坏了流动的稳定性。

所以，稳定流动必须满足连续方程。

第一节 绝热稳定流动的基本方程 一、绝热稳定流动工程中气体和蒸汽在管道内的流动可以视为稳定流动，为了简化起见，可以认为垂直于管道轴向的任一截面上的各种热力参数、热力学参数都相同，气体参数只沿管道轴向（气流流动方向）发生变化，称为一维稳定流动。

此外，气体在喷管或扩压管内的流动时间较短，与外界几乎没有热量交换，可以认为是绝热流动。

因此，气体在喷管或扩压管内的流动为一维绝热稳定流动。

二、绝热稳定流动基本方程研究气体和蒸汽的一维稳定流动主要有三个基本方程。

即连续性方程、绝热稳定流动能量方程和定熵过程方程。

1、连续性方程在一维稳定流动的流道中，去截面1—1、2—2、〃〃〃〃〃〃根据质量守恒定律，可导出一个基本关系式。

在稳定流动通道内任一固定点上的参数不随时间的改变而改变，各截面处质量流量都相等。

即 定值==⋅⋅⋅====⋅⋅⋅==υυυff f m m m Acc A c A q q q 22211121 （7-1）式中 m m m q q q ,,,21⋅⋅⋅——各截面处的质量流量，kg/s ；A A A ,,,21⋅⋅⋅——各截面处的截面积，2m；ff f c c c ,,,21⋅⋅⋅——各截面处的气体流速，m/s ；υυυ,,,21⋅⋅⋅——各截面处的气体比体积，s m /3； 对于微元稳定流动过程，对上式微分可得0=-+υυd AdA c dc ff（7-2）式（7-1）、式（7-2）为稳定流动连续性方程。

它适用于任何工质的可逆与不可逆的稳定流动过程。

2、绝热稳定流动能量方程由能量守恒定律可知，气体和蒸汽的稳定流动过程必须符合稳定流动能量方程，即sf f w z zg c ch hq +-+-+-=)()(21)(12212212气体和蒸汽在管道内流动时，一般情况下，由,0,21≈≈s w z z 绝热流动时，0=q ，因此上式可简化为212122)(21h h c c f f -=-（7-3）对于微元绝热稳定流动过程，可写成dhdcc ff -= （7-4）式（7-3）、式（7-4）为绝热稳定流动能量方程。

第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。

为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。

音速：音速是微小扰动在物体中的传播速度。

定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。

减缩喷管：当进入喷管的气体是M < 1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。

渐扩喷管：当进入喷管的气体是M > 1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。

缩放喷管：如需要将M < 1的亚音速气流增大到M > 1的超音速气流，则喷管截面积应由d f < 0逐渐转变为d f > 0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。

临界参数：在渐缩渐扩喷管中，收缩部分为亚音速范围，而扩张部分为超音速范围。

收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部，此处M＝1，d f = 0。

该截面称为临界截面，具有最小截面积f min，相应的各种参数都称为临界值，如临界压力p c、临界温度T c、临界比体积v c、临界流速c c等。

应予注意，临界流速c c为临界截面处的当地音速。

节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。

这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。

若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。

在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。

冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有μj > 0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。

第八章 气体与蒸汽的流动工程中，常要处理气体与蒸汽在管路设备，如喷管、扩压管、节流阀内的流动过程。

例如蒸汽轮机、燃气轮机等动力设备中，使高压的气体通过喷管，产生高述度流动，然后利用高述气流冲击叶轮旋转而输出机械功。

火箭尾喷管，喷射式抽气器及扩压管等是工程上常见的另一些实例。

此外，热力工程上还常遇到 气体或蒸汽流经 门、孔板等狭窄通道时产生的节流现象。

本章主要讨论气体在流经喷管等设备时气流参数变话与流道截面积的关系及流动过程中气体能量传递和转化等问题。

此外还将简要地讨论绝热节流过程。

流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。

称为稳定流动。

工程中，最常见的工则的流动都是稳定的或接近稳定的流动。

严格地说。

运动流体在流道的同截面上的不同点，由于受摩插力及传热等影响，流述、压力、温度等参数也有所不同，但为研就问题简变起见，常取同一 截面上某参数的平均植作为该面上各点该参数的植，这眼样问题就可简化为沿流动方向上的一维问题。

实际流动问题都是不可逆的，而且流动过程中工质可能与外界有热量交换。

但是。

一般热力管道外都包有隔热保温材料，而且流体流过如喷管这样的设备的时简很短，与外界的换热也很小，为简便起见，把问题看成可逆绝热过程，由此而造程，由此而造成的误差利用实验系数修正。

因此，本章主要讨论可逆绝热过程，由此而造成的误差利用实验系数修正。

因此，本章主要讨论可逆绝热的一维稳定流动。

第一节 稳定流动的基本方程式一、连续性方程定流动中，任一截面的一切参数均不随时简而变，故流经一定截面的质量流量应为定植，不随时简而变。

设图8—1中流经截面1—1和2—2的质量分别为q m 1q m 2，流速为cfl 和cf2，比体积为v1和v2，流道截面面积为A1、A2。

若在此两截面间没有引进或排出流体，则据质量守恒原理有将上式微分，并整理得图8—1一维稳定流动常数=Α==Α=Α===vc v c v c q q q f 22f 211f 1m 2m 1m L （8—1） 0=−+Αvdv c dc A d f f （8—la ） 式（8—1）称做稳定流动的连续性方程式。