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1、气体流动和压缩第1页，本讲稿共63页一元稳定流动一元稳定流动连续方程连续方程截面截面1qm1,v1A1,c1截面截面2qm2,v2A2,c2任意截面任意截面qm,vA,cq qmm质量流量质量流量质量流量质量流量,kg/s;v-,kg/s;v-比体积比体积比体积比体积,m,m3 3/kg;c/kg;c流速流速流速流速,m/s;A,m/s;A截截截截面积面积面积面积,m,m2 2n n体积流量体积流量=常数（稳定流动时）常数（稳定流动时）=常数（连续方程）常数（连续方程）常数（连续方程）常数（连续方程）第2页，本讲稿共63页课堂练习课堂练习n nP133P133：n n习题习题习题习题5-15-
2、1v第3页，本讲稿共63页一元稳定流动一元稳定流动一元稳定流动一元稳定流动能量方程能量方程n n对喷管和扩压管对喷管和扩压管适用于任何工质适用于任何工质的绝热稳定流动的绝热稳定流动可逆和不可逆过可逆和不可逆过程都适用程都适用第4页，本讲稿共63页一元稳定流动一元稳定流动动量方程动量方程pP+dp dFfdxdA由牛顿第二定律由牛顿第二定律动量方程动量方程不考虑粘性摩擦第5页，本讲稿共63页其它方程其它方程状态方程状态方程实际气体：查表求实际气体：查表求p,v,T理想气体理想气体过程方程过程方程无摩擦时即定熵过程无摩擦时即定熵过程定熵指数，理想气体定熵指数，理想气体，音速方程音速方程对理想气体对
3、理想气体第6页，本讲稿共63页课堂练习课堂练习n nP133：n n习题习题5-2第7页，本讲稿共63页喷管喷管n n喷管是利用压力降低使流体增速的管道。喷管是利用压力降低使流体增速的管道。n n喷管流动特点喷管流动特点喷管流动特点喷管流动特点 流速高流速高流速高流速高 距离短距离短距离短距离短 做绝热处理做绝热处理做绝热处理做绝热处理n n学习要求学习要求学习要求学习要求 气流截面变化原因气流截面变化原因气流截面变化原因气流截面变化原因 喷管设计和校核计算喷管设计和校核计算喷管设计和校核计算喷管设计和校核计算 滞止参数的概念滞止参数的概念滞止参数的概念滞止参数的概念第8页，本讲稿共63页喷管
4、流速与截面变化的关系喷管流速与截面变化的关系=常数第9页，本讲稿共63页动量方程动量方程音速方程音速方程当地声速当地声速当地声速当地声速0Ma1(Ma1(Ma1(超音速超音速超音速超音速),),喷管渐放喷管渐放喷管渐放喷管渐放Ma=1Ma=1第10页，本讲稿共63页思考题思考题n n教材教材P132:n n2.为什么渐放形管道也能使气流加速为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放渐放形管道也能使液体加速吗形管道也能使液体加速吗?n n不能使液体加速不能使液体加速.液体液体dv=0,不能导出此公不能导出此公式式.第11页，本讲稿共63页如果将如果将Ma1的超音速气的超音速气流该怎么办流该怎么办?喉部
5、喉部喉部喉部临界流速临界流速临界流速临界流速缩放喷管缩放喷管缩放喷管缩放喷管拉伐尔喷管拉伐尔喷管拉伐尔喷管拉伐尔喷管瑞典人拉伐瑞典人拉伐尔尔1883年年在蒸汽涡轮在蒸汽涡轮机上应用的机上应用的喷管。喷管。第12页，本讲稿共63页扩压管扩压管n n扩压管的目的是是气体减速扩压管的目的是是气体减速(dc0).渐扩扩压管渐扩扩压管渐扩扩压管渐扩扩压管渐缩扩压管渐缩扩压管渐缩扩压管渐缩扩压管第13页，本讲稿共63页思考题思考题n n教材教材P132:n n3.在亚音速和超音速气流中在亚音速和超音速气流中,下列下列3种管道种管道适宜做喷管还是扩压管适宜做喷管还是扩压管?第14页，本讲稿共63页比较比较喷
6、管喷管喷管喷管Ma1,Ma1,Ma1,喷管渐放喷管渐放喷管渐放喷管渐放Ma1 Ma1 Ma1扩压管扩压管扩压管扩压管Ma1,Ma1,扩压管渐缩扩压管渐缩扩压管渐缩扩压管渐缩Ma1,Ma1 Ma1 Ma1 Ma1第15页，本讲稿共63页第第16次课结束次课结束第16页，本讲稿共63页气体流经喷管的速度和流量气体流经喷管的速度和流量滞止参数：滞止参数：流速为流速为0时的参数；将具有一定速度时的参数；将具有一定速度的气流在定熵下扩压，使其速度降低为的气流在定熵下扩压，使其速度降低为0，此时的参数为滞止参数。用“*”表示用途：为方便计算，作为喷管进口的数据。气体由滞止状态进入喷管气体由滞止状态进入喷管
7、气体由滞止状态进入喷管气体由滞止状态进入喷管定比热理想气体定比热理想气体定比热理想气体定比热理想气体n n适用于绝热流动，任何工质，适用于绝热流动，任何工质，是否可逆都适用是否可逆都适用第17页，本讲稿共63页n n对无摩擦的绝热流动，由动量方程对无摩擦的绝热流动，由动量方程定比热理想气体定比热理想气体定比热理想气体定比热理想气体第18页，本讲稿共63页临界流速（喉部流速）临界流速（喉部流速）临界压力比临界压力比临界压力比临界压力比第19页，本讲稿共63页n n单原子气体，n n双原子气体，n n多原子气体，n n过热水蒸气，n n饱和水蒸气，临界压力比临界压力比第20页，本讲稿共63页临界流
8、速（喉部流速）临界流速（喉部流速）第21页，本讲稿共63页流量和最大流量流量和最大流量n n 稳定流动，通常按喉部参数计算流量稳定流动，通常按喉部参数计算流量只适用于定熵流动只适用于定熵流动只适用于定熵流动只适用于定熵流动第22页，本讲稿共63页滞止参数滞止参数n n滞止焓滞止焓n n滞止温度滞止温度n n滞止压力滞止压力n n滞止比体积滞止比体积第23页，本讲稿共63页喷管背压喷管背压n n喷管出口的压力称为背压。喷管出口的压力称为背压。p1p2pbn n渐缩喷管是提速降压的，压力由渐缩喷管是提速降压的，压力由p1降为降为p2后喷出，其中后喷出，其中p2的最小值为的最小值为pc（此时速度（此
9、时速度最大），当出口压力（背压）大于最大），当出口压力（背压）大于pc时，时，也就是速度没提到音速，此时也就是速度没提到音速，此时p2=pb；当；当pbpc，由于，由于p2最小降为最小降为pc，则，则p2=pc第24页，本讲稿共63页思考题思考题n n教材教材P132n n4.第25页，本讲稿共63页作业作业n n教材教材P133n n5-4，5-5 选做选做n n5-6，5-7 必做必做第26页，本讲稿共63页n n 本次课结束第27页，本讲稿共63页例题例题5-1n n空气进入某缩放喷管时的流速为空气进入某缩放喷管时的流速为300m/s，压力为，压力为0.5MPa，温度，温度450Kn n
10、求：各滞止参数以及临界压力和临界流速。求：各滞止参数以及临界压力和临界流速。若出口截面压力为若出口截面压力为0.1MPa，则出口流速，则出口流速和出口温度各为多少？（按定比热理想气和出口温度各为多少？（按定比热理想气体计算，不考虑摩擦？体计算，不考虑摩擦？第28页，本讲稿共63页例题例题5-1n n解：空气有关参数，查表解：空气有关参数，查表 0 0=1.4,=1.4,c cp0p0=1.005 kJ/(kg.K),R=1.005 kJ/(kg.K),Rg g=0.2871 kJ/(kg.K)=0.2871 kJ/(kg.K)第29页，本讲稿共63页例题例题5-1空气理想气体，空气理想气体，0
11、 0=1.4=1.4第30页，本讲稿共63页例题例题5-1若题意为渐缩管而若题意为渐缩管而不是缩放管，那么不是缩放管，那么出口流速是多少？出口流速是多少？由于出口截面压力由于出口截面压力小于临界压力，因小于临界压力，因此此P2=Pc,c2=cc第31页，本讲稿共63页例例5-2n n试设计一喷管试设计一喷管,流体为空气流体为空气,已知已知P*=0.8MPa,T*=290K,喷管出口压力喷管出口压力p2=0.1MPa,流量流量qm=1kg/s(按定比热按定比热理想气体计算理想气体计算,不考虑摩擦不考虑摩擦)第32页，本讲稿共63页例例5-2n n解解:对空气对空气0=1.4,缩放形喷管缩放形喷管
12、WhyWhy?第33页，本讲稿共63页例例5-2出口截面出口截面喉部截面喉部截面第34页，本讲稿共63页例例5-2n n喷管设计为圆形喷管设计为圆形,喉部及出口直径喉部及出口直径:LDminD2取渐放段锥角为取渐放段锥角为10第35页，本讲稿共63页理论压气功理论压气功(可逆过程可逆过程)指什么功指什么功目的：目的：研究研究耗功耗功，越少越好越少越好活塞式压气机的压气过程活塞式压气机的压气过程技术功技术功wt第36页，本讲稿共63页(1)、特别快，来不及换热。特别快，来不及换热。(2)、特别慢，热全散走。特别慢，热全散走。(3)、实际压气过程是实际压气过程是 可能的压气过程可能的压气过程sTn
13、第37页，本讲稿共63页 三种压气过程的参数关系三种压气过程的参数关系第38页，本讲稿共63页压气机消耗的功压气机消耗的功n n活塞式压气机的压缩过程接近多变过程活塞式压气机的压缩过程接近多变过程n n对理想气体的多变压缩对理想气体的多变压缩,定温压缩及定比热定温压缩及定比热定熵压缩过程定熵压缩过程,压气机消耗的功计算公式见压气机消耗的功计算公式见教材教材P126.第39页，本讲稿共63页活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响避免活塞与进排气避免活塞与进排气阀碰撞，留有阀碰撞，留有空隙空隙余隙容积余隙容积压缩过程压缩过程排气，状态未变排气，状态未变残留气体膨胀残留气体膨胀进新气，状态未变
14、进新气，状态未变第40页，本讲稿共63页活塞式压气机的余隙影响活塞式压气机的余隙影响活塞排量活塞排量研究研究VC对对耗功耗功和和产产气量气量的影响的影响新气量新气量产气量产气量有效吸气容积有效吸气容积第41页，本讲稿共63页余隙容积余隙容积VC对理论压气功的影响对理论压气功的影响设设12和和43两过程两过程n相同相同功功面积面积12341面积面积12561面积面积43564第42页，本讲稿共63页余隙容积余隙容积VC对理论压气功的影响对理论压气功的影响余隙对单位产气量余隙对单位产气量耗功不影响耗功不影响第43页，本讲稿共63页余隙容积余隙容积VC C对产气量的影响对产气量的影响定义定义容积效率
15、容积效率令令余隙比余隙比工程上一般工程上一般3%8%第44页，本讲稿共63页余隙容积余隙容积VC C对产气量的影响对产气量的影响讨论：讨论：（1）一定，一定，c （2）c 和和n一定，一定，极限极限第45页，本讲稿共63页余隙影响例题余隙影响例题已知：已知：求求（1）有余隙时的有余隙时的排气量排气量和和耗功耗功 （2）无余隙时的无余隙时的排气量排气量和和耗功耗功解：解：（1）有效容积有效容积Vh第46页，本讲稿共63页例题例题(1)有余隙影响有余隙影响第47页，本讲稿共63页余隙影响例题余隙影响例题解：（解：（2）无余隙时的无余隙时的排气量排气量和耗功和耗功第48页，本讲稿共63页n n本次结
16、束第49页，本讲稿共63页 三种压气过程功的计算三种压气过程功的计算最小最小重要启示重要启示第50页，本讲稿共63页分级压缩中间冷却分级压缩中间冷却第51页，本讲稿共63页两级压缩中间冷却分析两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比有一个最佳增压比 省功省功第52页，本讲稿共63页最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功第53页，本讲稿共63页最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功欲求欲求w分级分级最小值，最小值，第54页，本讲稿共63页最佳增压比的推导最佳增压比的推导 省功省功w分级分级最小值，最小值，最佳增压比最佳增压比可证明可证明若若m级级第55页，本讲稿共63页分级压缩的其它好处分级
17、压缩的其它好处 润滑油要求润滑油要求t160180,高压压气机必须分级高压压气机必须分级第56页，本讲稿共63页分级压缩的级数分级压缩的级数省功省功分级分级降低出口温降低出口温多级压缩达到多级压缩达到无穷多级无穷多级(1)不可能实现不可能实现(2)结构复杂结构复杂(成本高成本高)所以，一般采用所以，一般采用 2 4 级压缩级压缩T第57页，本讲稿共63页例题例题n n例例5-3,5-4n n此题很简单此题很简单,直接套用公式计算压气机的参数直接套用公式计算压气机的参数n n要求课外自学要求课外自学第58页，本讲稿共63页作业作业n n教材教材P133n n5-10,5-11 自选自选1题题第5
18、9页，本讲稿共63页本章课结束本章课结束n n本章到此结束本章到此结束第60页，本讲稿共63页压气机的设计计算压气机的设计计算需要压气机，想设计一台需要压气机，想设计一台已知已知：要求：配马达功率，要求：配马达功率，出口温度出口温度。？sn？根据经验，有无冷却水套根据经验，有无冷却水套假定假定 ，理论功，理论功s第61页，本讲稿共63页压气机的设计计算压气机的设计计算实际过程有摩擦实际过程有摩擦机械效率机械效率经验值经验值 70第62页，本讲稿共63页压气机的校核计算压气机的校核计算已有压气机，实测已有压气机，实测要求：压气机效率要求：压气机效率太低，则压气机报废或修理太低，则压气机报废或修理第63页，本讲稿共63页