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1、24 四月 2023CFM56发动机24 四月 2023气动热力学基础气动热力学基础1、连续方程、连续方程2、能量方程、能量方程3、音速、音速4、马赫数、马赫数5、滞止参数、滞止参数6、变截面管流、变截面管流7、临界参数、临界参数8、速度系数、速度系数9、密流函数、密流函数10、激波、激波1、连续方程24 四月 20232、能量方程、能量方程24 四月 2023同时可以看出，气体在变截面流管中的同时可以看出，气体在变截面流管中的流动，气流的速度与温度同时变化。流动，气流的速度与温度同时变化。气体加速，气体加速，T降低降低 宏观动能宏观动能 内部储能内部储能气体减速，气体减速，T升高升高 宏观内
2、能宏观内能 内部储能内部储能示例24 四月 2023以发动机的进气道为例。V0=0 进口速度124.3m/sT0=288.15K 进口温度280.4K示例24 四月 2023以发动机的尾喷管为例。尾喷管进口速度174m/s、出口速度417m/s尾喷管进口温度507.6K 出口温度442.6K3、音速、音速24 四月 2023音速随当地温度变化而变化音速随当地温度变化而变化,并不是定值并不是定值示例示例:T=15C C=340.3m/s4、马赫数、马赫数24 四月 2023Ma：气体速度与当地音速之比Ma=0.3 Ma=0.6？作业作业124 四月 2023（1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也
3、增加一倍？为什么？（2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速度是否也增加1倍？为什么？5.滞止参数滞止参数u稳态一维定常流动的能量方程：u定常流动中v等熵地将为0的点，称为驻点、滞止点。24 四月 20235.滞止参数滞止参数u定比热容的理想气体：u带入总焓的公式，可得到24 四月 20235.滞止参数滞止参数24 四月 20235.滞止参数滞止参数u环境温度：环境温度：15C、音速音速C=340m/su行走行走 1m/s Ma=0.003 T=15.0005 Cu自行车自行车 18km/h Ma=0.015 T=15.0125 Cu汽车汽车 108km/h Ma=0.088 T=15.4482
4、 Cu客机客机 700km/h Ma=0.57 T=33.7403 Cu战斗机战斗机 2Ma T=245.319 Cu流星流星 10000km/h T=3830.53 C24 四月 2023发动机喷管速度演示发动机喷管速度演示u常规风速12级风32m/su发动机地面慢车喷口速度100-120m/s24 四月 2023录像演示6 变截面管流变截面管流s发动机内部工质是可压缩气体发动机内部工质是可压缩气体s可压缩气体高速流动时，存在神奇现可压缩气体高速流动时，存在神奇现象象24 四月 2023V 6 变截面管流变截面管流s超声速气体进入变截面管道超声速气体进入变截面管道24 四月 2023？V？V
5、 6 变截面管流变截面管流s通过速度变化率与面积变化率的关系通过速度变化率与面积变化率的关系理解理解sMa1 dv与与dA同号同号sdA0 dv0 dv024 四月 20236 变截面管流变截面管流s超音速气流举例超音速气流举例24 四月 2023进口出口相对变化A0.003520.002210.62780.57131.45652.5494V497.17310.730.6250Ma1.931010.5179T164.71239.931.4567p270131003123.71356 变截面管流变截面管流s气流速度与管道截面变化的关系气流速度与管道截面变化的关系24 四月 2023参数dA0Ma
6、1Ma1VTMap6 变截面管流变截面管流s思考题思考题s如何设计亚音速进气道？亚音速客机如何设计亚音速进气道？亚音速客机在设计高度以在设计高度以0.8Ma巡航，涡扇发动巡航，涡扇发动机的风扇进口机的风扇进口Ma要求要求0.55Ma。24 四月 20236 变截面管流变截面管流s要用扩张型进气道要用扩张型进气道24 四月 20236 变截面管流变截面管流24 四月 20236 变截面管流变截面管流s思考题思考题s如何设计超音速进气道？超音速战机如何设计超音速进气道？超音速战机在设计高度以在设计高度以2Ma巡航，涡扇发动机巡航，涡扇发动机的风扇进口的风扇进口Ma要求要求0.55Ma。24 四月
7、20236 变截面管流变截面管流s前方气流前方气流 2Ma 0.55Mas使用纯收缩管道是否可以使用纯收缩管道是否可以?24 四月 2023s是否需要使用二元进气道是否需要使用二元进气道?6 变截面管流变截面管流sMa=1时，时，dA=0 截面积取极值，称为截面积取极值，称为临界截面临界截面24 四月 20236 变截面管流变截面管流s以收缩管道为例理解临界截面以收缩管道为例理解临界截面24 四月 2023288.15K100000Pa进口总压 流量Ma静温速度出口静压10000000288.1501000001010001.0000.119287.33240.5431000001800009
8、.1550.999240.107310.65310000030000014.5311240.107310.65315847550000024.2191240.107310.653264125小结小结s在绝能管流中，气体总温永远不变；在绝能管流中，气体总温永远不变；s在绝能等熵流动中，总压不变，若流动不等熵，在绝能等熵流动中，总压不变，若流动不等熵，总压下降总压下降s在绝能流动中，若气流速度发生变化，静温和在绝能流动中，若气流速度发生变化，静温和当地音速也将发生变化当地音速也将发生变化s在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至音速，在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至音速，超音速气流最低可降至音速；
9、超音速气流最低可降至音速；s临界截面只能是管道的最小截面，气流只能在临界截面只能是管道的最小截面，气流只能在最小截面处达到音速。最小截面处达到音速。24 四月 20237 临界参数临界参数s假设气体在管道中作等熵加速流动，那么随着假设气体在管道中作等熵加速流动，那么随着气体速度的增加，当地音速不断下降。气体速度的增加，当地音速不断下降。24 四月 20237 临界参数临界参数s对于一维绝能流动对于一维绝能流动s将将 带入上式带入上式24 四月 20237 临界参数临界参数24 四月 2023s分析下面的绝能流动方程分析下面的绝能流动方程s气流速度与当地音速都在变化气流速度与当地音速都在变化,不
10、易计算不易计算Mas定义气流速度与临界速度之比为速度系数定义气流速度与临界速度之比为速度系数,其与其与Ma有单值对应关系有单值对应关系8 速度系数速度系数24 四月 2023s区别区别s与与Ma的关系的关系8 速度系数速度系数24 四月 2023Ma=0 =0 Ma=1 =1Ma1 1 1Ma=8 速度系数速度系数24 四月 2023思考题：在绝能流动中，如果气流速度增加2倍，那么下面的论述是否正确？（1）Ma增加2倍 （2）增加两倍8 速度系数速度系数24 四月 2023在流量公式中，、V随A的变化而变化，难以计算引入新定义：密流：通过单位面积的流量9 密流函数密流函数24 四月 2023密
11、流函数（流量函数、无量纲密流）所研究截面密流与对应的临界截面密流之比流量：面积：密流：密流函数：9 密流函数密流函数24 四月 2023 与 的关系 9 密流函数密流函数24 四月 2023对于一维绝能流管：若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加；若气流 为超声速，随着流速增加，密流减小。用密流函数表示流量公式：9 密流函数密流函数24 四月 2023以上公式的推导：9 密流函数密流函数24 四月 2023思考题：亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到临界状态，如果：（1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？（2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？9 密流函数密流函数24 四月 2023思考题：亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到亚临界状态，如果：（1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？（2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？9 密流函数密流函数24 四月 2023 在喷气发动机的进气道、压气机、涡轮导向器和非正常设计的尾喷管都会存在激波。正激波前流速必为超音速，之后必为亚音速。激波的传播速度大于音速 10 激波激波24 四月 202324 四月 2023