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1、1/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第五章第五章 热工基础的应用热工基础的应用5-1 5-1 喷管和扩压管喷管和扩压管5-2 5-2 换热器及其热计算换热器及其热计算5-3 5-3 压气机压气机5-4 5-4 内燃机循环内燃机循环5-5 5-5 燃气轮机循环燃气轮机循环5-6 5-6 蒸汽动力循环蒸汽动力循环5-7 5-7 制冷循环制冷循环2/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 对象：对象：气体和蒸汽在管路
2、设备，如气体和蒸汽在管路设备，如喷管喷管、扩压管、扩压管、节节 流阀流阀内的流动过程。内的流动过程。主要问题：主要问题：气体在流经喷管等设备时，气体在流经喷管等设备时，气流参数变化气流参数变化与与 流道截面积流道截面积的关系及流动过程中气体的关系及流动过程中气体能量传能量传 递和转化问题递和转化问题 。第一节第一节 喷管和扩压管喷管和扩压管喷管：用于增加气体或蒸气流速的变截面短管。喷管：用于增加气体或蒸气流速的变截面短管。3/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确稳定流动：稳定流动：不随时间变化的流动过程
3、，也称不随时间变化的流动过程，也称定常流动定常流动一维稳定流动：一维稳定流动：假定：可逆绝热过程假定：可逆绝热过程&1-11-1 一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程4/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确1 1、连续性方程连续性方程连续性方程连续性方程稳定流动：稳定流动：微分形式：微分形式：工质流速变化率、截面积变化率、比体积变化率间关系工质流速变化率、截面积变化率、比体积变化率间关系&1-11-1 一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳
4、定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程5/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确微分形式：微分形式：或或或或二、二、二、二、能量方程能量方程能量方程能量方程管道流动：管道流动：忽略传热：忽略传热：忽略势能变化：忽略势能变化：所以：所以：稳定流动：稳定流动：任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值，气体动能的增加，任一截面上工质的焓与其动能之和保持定值，气体动能的增加，等于气流的焓降。等于气流的焓降。&1-11-1 一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程6/2
5、0热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确q=0且可逆时，且可逆时，流动过程中，欲使工质流速增加，必须有压力降落。流动过程中，欲使工质流速增加，必须有压力降落。压差是提高工质流动速度的必要条件。压差是提高工质流动速度的必要条件。稳定流动能量方程：稳定流动能量方程：7/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确三、三、三、三、过程方程过程方程过程方程过程方程定熵过程：定熵过程：微分形式：微分形式：微分形式：微分形式：三个条件三个
6、条件:(1)理想气体理想气体 (2)可逆绝热过程可逆绝热过程 (3)k 为常数，定比热为常数，定比热注意，注意，若水蒸气，则若水蒸气，则k是纯粹的经验值！是纯粹的经验值！&1-11-1 一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程8/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确四、四、四、四、声速和马赫数声速和马赫数声速和马赫数声速和马赫数声速：声速：微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度。微弱扰动在连续介质中所产生的压力波传播的速度。对于理想气体：对于理想气体
7、：对于理想气体：对于理想气体：假设：假设：假设：假设：拉普拉斯方程：拉普拉斯方程：拉普拉斯方程：拉普拉斯方程：当地声速：当地声速：所考虑的流道某一截面上的声速所考虑的流道某一截面上的声速。&1-11-1 一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程一维稳定流动的基本方程声声速速是是状状态态参参数数，流流道道各各个个截截面面上上气气体体的的状状态态是是不不断断变变化化的的，因因此，声速也是不断变化的。此，声速也是不断变化的。9/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确马赫数：马赫数：马赫
8、数：马赫数：cf 气体流速气体流速 c 当地声速当地声速 MaMa111 超声速流动超声速流动超声速流动超声速流动气体在某截面处的流速与该处声速之比气体在某截面处的流速与该处声速之比10/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确&1-21-2 气体在喷管和扩压管中的定熵流动气体在喷管和扩压管中的定熵流动气体在喷管和扩压管中的定熵流动气体在喷管和扩压管中的定熵流动目的：目的：找出沿流动方向上气体状态的变化规律，实现热能找出沿流动方向上气体状态的变化规律，实现热能 和机械能的相互转换。和机械能的相互转换。代入连
9、续性方程，得：代入连续性方程，得：马赫数、截面积变化率与流速变化率之间的关系马赫数、截面积变化率与流速变化率之间的关系。11/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确喷管喷管：绝热膨胀、压力降低、流速增加绝热膨胀、压力降低、流速增加Ma1，亚声速流动，亚声速流动，dA0，截面扩张；，截面扩张；气流截面的变化规律：气流截面的变化规律：12/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 截面上截面上Ma=1、cf=c，称，称临界
10、截面临界截面 也称也称喉部喉部(throat)截面截面，临界截面上速度达当地声速。临界截面上速度达当地声速。称称临界压力临界压力、临界温度临界温度及及临界比体积临界比体积。a 1dA 0dA=0pcr Tcr ccr=cfcr(临界截面临界截面)13/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确校核计算：校核计算：已知：喷管的外形、尺寸，工质进口参数已知：喷管的外形、尺寸，工质进口参数已知：喷管的外形、尺寸，工质进口参数已知：喷管的外形、尺寸，工质进口参数 (p p1 1,T,T1 1,c,cf1f1)、背压、
11、背压、背压、背压p pb b 求：喷管的流量求：喷管的流量求：喷管的流量求：喷管的流量q qmm、出口流速、出口流速、出口流速、出口流速c cf2f2喷管计算包括喷管计算包括设计计算设计计算和和校核计算校核计算。设计计算：设计计算：已知：工质进口参数已知：工质进口参数(p1,T1,cf1)、背压、背压(出口外环境压力出口外环境压力)pb、流量、流量qm 由工作条件由工作条件(锅炉、发动机锅炉、发动机)决定决定 求：喷管的外形、尺寸，出口流速求：喷管的外形、尺寸，出口流速cf2&1-31-3 喷管的计算喷管的计算喷管的计算喷管的计算14/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着
12、问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确一、一、一、一、流速计算流速计算流速计算流速计算由能量方程式：由能量方程式：由能量方程式：由能量方程式：所以：所以：所以：所以：入口速度入口速度cf1较小时，可忽略较小时，可忽略适用条件：理想气体和实际气体，与过程是否可逆无关适用条件：理想气体和实际气体，与过程是否可逆无关Ideal Gas：Real Gas：查图、表查图、表15/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确状态参数对流速的影响状态参数对流速的影响状态参数对流速的影响状态参数
13、对流速的影响 理想气体，定值比热容，流动可逆理想气体，定值比热容，流动可逆理想气体，定值比热容，流动可逆理想气体，定值比热容，流动可逆初态一定：初态一定：不可能的不可能的16/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确二二二二.临界压力比临界压力比临界压力比临界压力比临界截面上：临界截面上：临界截面上：临界截面上：由由得：得：17/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确令：令：令：令：(临界压力比临界压力比)移项：移项：
14、移项：移项：vcr 仅与工质性质仅与工质性质 有关，与初终气流参数无关有关，与初终气流参数无关 18/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确注意，若水蒸气，则注意，若水蒸气，则19/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确三、三、三、三、设计计算（外形选择和尺寸计算）设计计算（外形选择和尺寸计算）已知条件：已知条件：p1,T1,cf1,pb,qm 设计原则：设计原则：符合热力学原理符合热力学原理(可逆绝热充分膨胀可逆绝
15、热充分膨胀)。(1)外形选择外形选择渐缩喷管渐缩喷管缩放喷管缩放喷管经验确定扩张长度经验确定扩张长度:取取10-12 工程有专用设计手册工程有专用设计手册(2)尺寸计算尺寸计算 渐缩喷管渐缩喷管缩放喷管缩放喷管20/20热工基础热工基础在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确四四.校核计算（流量计算）校核计算（流量计算）p2的确定：的确定：流量计算：流量计算：已知条件：已知条件：p1,T1,cf1,pb,形状形状,A2(Amin)渐缩喷管渐缩喷管缩放喷管缩放喷管虚线部分无物理意义虚线部分无物理意义(缩放喷管缩放喷管)缩放喷管缩放喷管qm计算不能按计算不能按2截面进行，截面进行，只能按只能按cr截面进行截面进行