工程热力学第七章气体与蒸汽的流动

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工程热力学思考题答案,第七章

第七章气体与蒸汽的流动7、1对改变气流速度起主要作用的就是通道的形状还就是气流本身的状态变化？答:改变气流速度主要就是气流本身状态变化,主要就是压力变化直接导致流速的变化。

7、2如何用连续性方程解释日常生活的经验:水的流通截面积增大,流速就降低？答:日常生活中水的流动一般都为稳定流动情况11221212f f m m m Ac A c q q q v v ====,对于不可压缩流体水1v =2v ,故有流速与流通截面积成反比关系。

7、3在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上就是否能达到相同的高马赫数？答:不能,因为速度与压比有个反比关系,当压比越大最大速度越小,高空时压比小,可以达到高马赫数,海平面时压比增大,最大速度降低无法达到一样的高马赫数。

7、4当气流速度分别为亚声速与超声速时,下列形状的管道(图7-16)宜于作喷管还就是宜于作扩压管？答:气流速度为亚声速时图7-16中的1 图宜于作喷管,2 图宜于作扩压管,3 图宜于作喷管。

当声速达到超声速时时1 图宜于作扩压管,2 图宜于作喷管,3 图宜于作扩压管。

4 图不改变声速也不改变压强。

7、5当有摩擦损耗时,喷管的流出速度同样可用2f c ,似乎与无摩擦损耗时相同,那么摩擦损耗表现在哪里呢？答:摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。

摩擦引起出口速度变小,出口动能的减小引起出口焓值的增大。

7、6考虑摩擦损耗时,为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？答:因为摩擦而损耗的动能被气流所吸收,故需修正温度。

7、7考虑喷管内流动的摩擦损耗时,动能损失就是不就是就就是流动不可逆损失？为什么？答:不就是。

因为其中不可逆还包括部分动能因摩擦损耗转化成热能,而热能又被气流所吸收,所造成的不可逆。

7、8在图7-17 中图(a)为渐缩喷管,图(b) 为缩放喷管。

设两喷管的工作背压均为0、1MPa,进口截面压力均为1 MPa,进口流速1f c 可忽略不计。

1)若两喷管的最小截面面积相等,问两喷管的流量、出口截面流速与压力就是否相同？2) 假如沿截面2’-2’切去一段,将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速与流量起什么变化？答:1)若两喷管的最小截面面积相等,两喷管的流量相等,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。

热力学第07章气体和蒸汽的流动

滞止比容
v0
RgT0 p0
三、过程方程
是定熵流动： pvk 定值
假设无摩擦， dA不太大，则其他参数变化也不太快，过程可逆。
(理想气体)
其微分形式： p kvk 1dv v k dp 0 dp dv k 0 p v
即：
四、音速方程
音速：声音相对于介质的传播速度。从物理上讲，是由微弱扰动在连续介质中所产生的压力波(纵波)的传播速度。如：拍一下手，产生一个压力波动，波面的速度即音速。
喷管形状：
渐缩喷管—convergent nozzle Ma<1 Ma≤1
dA dc 2 ( Ma 1) f A cf
dA<0
入口：Ma1<1 出口：Ma2<1或者Ma2=1
渐缩渐扩喷管（拉法尔喷管、缩放喷管） ——convergent- divergent nozzle (Laval nozzle) Ma=1
过程方程： dp dv k p v dv 1 dp 变成： v k p
dp 再找 , 如下， p dp ) p
动量方程： c f dc f -vdp ( pv
dp c f dc f 变成，带入上式，可得： p pv
dv 1 cf dc f cf dc f ( ) v k pv kpv
q dh wt
叫动量方程
可见：dp 0, 则dcf 0； dp 0,则dcf 0。
绝热滞止(stagnation) 滞止：流速减小到零的过程。绝热滞止：绝热。定熵滞止：可逆。
1 2 1 2 h1 c f1 h 2 c f2 定值 2 2
cf 0, h h max
k 1 k kp0 v0 p2 c f2 2 1 k 1 p0

工程热力学基础——第七章蒸汽动力循环

第四节回热循环
一、回热循环的装置系统图和T-S 图分析朗肯循环，导致平均吸热温度不高的原因是水的预热过程温度较低，故设法使吸热过程的预热热量降低，提出了回热循环。回热是指从汽轮机的适当部位抽出尚未完全膨胀的压力、温度相对较高的少量蒸汽，去回热加热器中加热低温冷凝水。这部分抽汽未经凝汽器，因而没有向冷源放热，但是加热了冷凝水，达到了回热的目的，这种循环称为抽汽回热循环。
b
5
a
6
（4）
A
图8 再热循环的T-S图
二、再热循环工作原理
从图可以看出，再热部分实际上相当于在原来的郎肯循环1A3561的基础上增加了一个附加的循环 ab2Aa。一般而言，采用再热循环可以提高3%左右的热效率。
三、再热循环经济性指标的计算
1、热效率
t
w0 q1
(h1 ha ) (hb h2 )
第七章蒸汽动力循环
本章重点
水蒸气朗肯循环、回热循环、再热循环、热电循环的组成、热效率计算及提高热效率的方法和途径
第一节朗肯循环
一、水蒸汽的卡诺循环
1、水蒸汽的卡诺循环的组成，如图1 2、水蒸汽的卡诺循环在蒸汽动力装置中不被应用
原因：
T
（1）、T1不高（最高
不超 374 0 C ），T2不低
(h1
h2
)
(hb
h a
)
2、汽耗率
d 3600
3600
w0 (h1 ha ) (hb h2 )
四、再热循环分析
1、采用再热循环后，可明显提高汽轮机排汽干度，增强了汽轮机工作的安全性； 2、正确选择再热循环，不仅可提高汽轮机排汽干度，还可明显提高循环热效率； 3、采用再热循环后，可降低汽耗率； 4、因要增设再热管道、阀门等设备，采用再热循环要增加电厂的投资，故我国规定单机容量在125MW及以上的机组才采用此循环。 [例7-2] 注意，再热后，各经济指标的变化

工程热力学-第七章气体与蒸汽的流动

2
kp0v 0 k- 1
[1
-
(
p2
)
kk
1
]
p0
c f 2,cr =
2k
k
+
1
p0v 0
=
2
k
k
+
1
RgT0
1）当Pb>=Pcr, P2=Pb,若沿3－3截面截去一段，出口截面增加，但是出口截面处的背压不变，仍然有P2=Pb,由此可得v2不变， Cf2也不变，流量则因为出口面积增加而变大。
2）当Pb<Pcr, P2=Pcr,若沿3－3截面截去一段，出口截面增加，但是出口截面处的背压不变，仍然有P2=Pcr,由此可得v2不变， Cf2也不变，流量则因为出口面积增加而变大。
二、节流的温度效应
绝热节流后流体的温度变化称为节流的温度效应
T2 T1
节流冷效应
T2 T1
节流热效应
T2 T1
节流零效应
对于理想气体，只有节流零效应
h f (T ) h2 h1 T2 T1
焓的一般方程：dh
cpdT
T
v T
p
v
dp
令 dh 0
J
T p
h
T
v T
2
kp0v 0 k- 1
[1
-
(
p
2
)
kk
1
]
p0
= 328m/s
2）Pb=4MPa
pb < pcr p2 = pcr = 4.752MPa
Ma<1
Ma=1 背压pb
dA<0 渐缩
2
qm,max = A2
2k k+

沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体与蒸汽的流动(圣才出品)

，质量流量
，若气体可作理想气体，比热容取定值，
。求：喷管出口截面积及气体出口流速。
解：滞止参数
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气体的临界压力比
临界压力因
，所以
3．某缩放喷管进口截面积为
。质量流量为
的空气等熵
流经喷管，进口截面上的压力和温度分别为
所以若可逆膨胀，则
由于过程不可逆，所以
据能量方程
，因此
由于流动过程不可逆绝热，所以过程的熵增即是熵产
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能指望一个形状良好的喷管在其两端没有压力差的情况下就能获得高速气流，这将违反自然
界的基本规律。同样形状的管子在不同的工作条件下可以用作喷管，也可用作扩压管。
2．为使入口为亚音速的蒸汽增速，应采用（）型喷管。
A．渐扩或缩放
B．渐扩或渐缩
C．渐缩或缩放
D．渐缩或直管
【答案】C
【解析】无论是理想气体还是水蒸气，为使气流可逆增速都应使流道截面满足几何条件
所以若蒸汽在喷管内可逆等熵膨胀，则 s2＝s1，查 h-s 图，得
因蒸汽在喷管内作不可逆流动，据速度系数概念
据 p3 和 h3，由 h-s 图，查得
，
所以
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1 kg 蒸汽动能损失因为全部过程都是稳流绝热过程，所以系统（蒸汽）进出口截面上熵变即为熵产，节流过程喷管内过程 1 kg 蒸汽作功能力损失
（1）蒸汽出口流速；
（2）每 kg 蒸汽动能损失；
（3）每 kg 蒸汽的作功能力损失。

工程热力学体系）气体及蒸汽的流动

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。

工程热力学第七章讲解

第七章气体流动
当p2＝0时，出口速度达最大，即：
c f 2,max
2k k 1
p0v0

2
k
k
1
RgT0
此速度实际上是达不到的，因为压力趋于零时比体积趋于无穷大。
第七章气体流动
三、临界压比
在临界截面上：
Ma 1
c f c f ,cr c
c f ,cr
2(h1

c2f 1 2
2
vdp c f dc f
0
vdp
第七章气体流动
结论：要使工质的流速改变，必须有压力差
压力下降，速度增加喷管速度下降，压力增加扩压管
c f dc f vdp
1 cf 2
cf
dc f

1 cf 2
vdp
第七章气体流动
1 cf 2
cf
dc f

1 cf 2

vdp
定义：流体速度为零的截面称为滞止截面；此时流体的状态称为滞止状态。相应的参数称为滞止参
数。如滞止压力，滞止温度，滞止焓（总焓）。
所有截面上的滞止焓均相同
=定值
第七章气体流动
理想气体：
cpT0 ห้องสมุดไป่ตู้ cpT1

c2f 1 2
cpT2
c2f 2 2
cpT

c2f 2
0
T0
c
2 f
2
滞止温度
对于不可压流体（dv = 0），如液体等，流体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与流速cf成反比；对于气体等可压缩流体，流速的变化取决于截面和比体积的综合变化

工程热力学：第七章气体与蒸气的流动

AcfA 2.6 103 m 2 217.32m/s qm 3.08kg/s 3 vA 0.1837m /kg
出口截面：
pcr cr p0 0.528 0.65MPa 0.3432MPa pb 0.30MPa
p2 pcr 0.3432MPa
管道截面变化 Ma<1 dA<0 渐缩 Ma=1 dA=0 临界截面
喷管 dcf>0
注:扩压管dc<0,故不同音速下的形状与喷管相反
喷管和扩压管流速变化与截面变化的关系
流动状态渐缩渐扩扩喷管 Ma<1转Ma>1 渐缩渐扩扩压管 Ma>1转Ma<1 Ma<1
Ma<1
管道种类
Ma>1
dA 0 A
喷管
由此可见
c f dc f vdp
导致
dcf > 0
导致
dp<0 dp > 0
dcf < 0
二、管道截面变化的规律（几何条件）
c f dc f vdp
连续性方程
可逆绝热过程方程
dc f dA 2 ( M a 1) A cf
气流速度变化 Ma>1 dA>0 渐扩 Ma<1 Ma>1 dA<0 dA>0 渐缩渐扩
(2) 绝热稳定流动能量方程
q (h 2 h1)
c c
2 f2
2 f1
2
2 f1
g ( z2 z1 ) ws
注：增速以降低本身储能为代价
c
2 f2
c 2
(h1 h 2)
d
c
2 f
2

工程热力学第7章-气体与蒸汽的流动v3ppt课件

p1 T1 qm1 cf1
p2 T2 qm2 cf2
dv dA dcf v A cf
d dAdcf 0 A cf
适用于任何工质
可逆和不可逆过程
.
7
讨论：
dv dA dcf v A cf
任何稳流过程
1）流道的截面面积增加率，等于比体积增加率与流速增加率之差；
2）对于不可压缩流体（dv=0），如液体等，流体速度的改变取决于截面的改变，截面积A与流速cf成反比；
.
本章内容
1 研究气体流动过程中状态参数变化气流速度变化能量转换
的规律
2 研究影响气体在管内流的管道截面积的变化
系统的外部条件 .
工程中有许多流动问题需考虑宏观动能，特别是喷管(nozzle, jet)、扩压管(diffuser)及节流阀 (throttle valve)内流动过程的能量转换情况。
p1v1 p2v2 pv
dp dv 0
pv
注意，若水蒸气，则
cp
cV
且T1v11 T2v2.1
12
四、声速方程
c
ps
v2p vs
等熵过程中
dp pdv v0p v sp v
所以 c pv ？ RgT
注意：1）声速是状态参数，因此称当地声速。如空气，0 o C c 1 .4 2 8 7 2 7 3 .1 5 3 3 1 .2 m /s
h0 T0 pr0 T1 pr1
p0
p1
pr0 pr1
注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃
的高空以Ma 水蒸气：h 0
=
h1
2飞12 行c f21 ，其t0=
182.6 ℃。其他状态参数

工程热力学(第7章--蒸汽动力循环)

1
T2 T1
从理论上确定了通过热机循环实现热能转变为机械能的条件及给定温度范围内循环热效率的最高极限值，并指出了提高热机效率的方向和途径，为度量实际热机循环的热力学完善
s 程度提供了标准。
对于任意复杂循环，可利用相应的等效卡诺循环（即平均温度法）来分析其热经济性。
3
任意循环ηt 的分析方法——平均温度法
1
p1
h
1 t1
T1
p2
4
T2 3
2
2 x=1
s
0
s
t
h1 h2 h1 h2
f
( p1,t1,
p2 )
1 T2 T1
t1
p1
p2
12
一、蒸汽初温对热效率的影响：
设初压 p1＝const，排汽压力p2＝const.
提高t1对ηt的影响：
（1）提高初温使平均加热温度升高，而放热温度不变，则朗肯循环的热效率得到提高；（2）排汽干度增加，即x2′>x2，这有利于改善汽轮机叶片的工作条件。
受到的限制：排汽压力的降低主要受汽轮机排汽干度下降及环境温度的限制。目前火电厂的排汽压力最低在0.004MPa左右
15
新课引入
p1
t
x2
为解决二者间的矛盾，可对循环方式加以改进：采用再热循环。
7-3 再热循环
➢采用再热的目的：提高汽轮机排汽干度，为
初压的提高创造条件；同时提高循环热效率。
➢再热的概念：当蒸汽在汽轮机中膨胀作功而
0
则朗肯循环的热效率可近似地表示为： h
t
w12 q1
h1 h2 h1 h3
h1 h2 h1 h2'

工程热力学与传热学第7章气体的流动.

第七章气体的流动(Gas Flow)第一节气体在喷管和扩压管中的流动主题1：喷管和扩压管的断面变化规律一、稳定流动基本方程气体在喷管和扩压管中的流动过程作可逆绝热过程，气体流动过程所依据的基本方程式有：连续性方程式、能量方程式、及状态方程式。

１、连续性方程连续性方程反映了气体流动时质量守恒的规律。

定值=⋅=vf mg ω写成微分形式ggd v dv f df ωω-=7-1它给出了流速、截面面积和比容之间的关系。

连续性方程从质量守恒原理推得，所以普遍适用于稳定流动过程，即不论流体的性质如何（液体和气体），或过程是否可逆。

２、能量方程能量方程反映了气体流动时能量转换的规律。

由式（3-8），对于喷管和扩压管中的稳定绝热流动过程，212122)(21h h g g -=-ωω 写成微分形式dh d g -=221ω7-2３、过程方程过程方程反映了气体流动时的状态变化规律。

对于绝热过程，在每一截面上，气体基本热力学状态参数之间的关系：定值=k pv写成微分式0=+vdv k p dp 7-3二、音速和马赫数音速是决定于介质的性质及介质状态的一个参数，在理想气体中音速可表示为kRT kpv a ==7-4因为音速的大小与气体的状态有关，所以音速是指某一状态的音速，称为当地音速。

流速与声速的比值称为马赫数：M ag=ω 7-5利用马赫数可将气体流动分类为：m 2g v 222图7-1管道稳定流动示意图亚声速流动：1<M a g <ω超声速流动：1>M a g >ω 临界流动： 1=Ma g =ω三、促使气体流速变化的条件 1、力学条件由式（3-5），对于开口系统可逆稳定流动过程，能量方程⎰-∆=21vdp h q 或 vdp dh q -=δ，式中0=q δ所以 vdp dh = 7-6 联合（7-2）和（7-6）vdp d g g -=ωω7-7由式7-7可见，气体在流动中流速变化与压力变化的符号始终相反，表明气流在流动中因膨胀而压力下降时，流速增加；如气流被压缩而压力升高时，则流速必降低。

《工程热力学》学习资料 (4)

由连续性方程，可得气体流量为：
qm
Acf v
为了计算方便，一般取喷管出口截面进行计算
即
qm
A2cf2
已经得出计算公式
v2
流速公式
1
由c绝f 2热方程2 得k k出1 p0v0v[21v(0 pp02pp)02(kk1)
k]
qm A2
2 k p0 [( p2 )2 k ( p2 )(k1) k ]
k 1 v0 p0
p0
33
7.3喷管的计算
三、流量的计算
qm A2
2 p0 [( p2 )2 k ( p2 )(k1) k ]
1 v0 p0
p0
分析：当初参数p0、v0及出口截面A2保持恒定时
流量 qm 随p2/p0而变化
当 p2 1 qm 0 p0
当 p2 0 qm 0 p0
可见p2/p0从1到0， qm 有一个极大值。
34
7.3喷管的计算
三、流量的计算
（1）截面积不变，改变进出口的压差－力学条件；
（2）固定压差，改变进出口截面面积－几何条件。
本节目的：找到流速和截面变化的关系 17
7.2促使流速改变的条件
一、工质状态参数的变化规律
1、p与cf的关系：要流动，需要有动力（压差）
由
q
(h2
h1 )
c
2 f
2
2
c
2 f1
g(z2
z1 )
wi
对可逆过程：
c f, cr
cf22
12pk0vk0 1p0v20[11(Rppg02T)0(k
1)
k]
即临界流速取决于进口状态，当p0、v0或T0较高时临界流速的数

工程热力学第七章

hx xh" (1 x)h' 0.96 2748.5 (1 0.96)640.1 2663.78kJ / kg s x xs" (1 x) s' 0.96 6.8215 (1 0.96)1.8604 6.6231kJ /( kg K )
上界限线两线下界限线五态
未饱和水饱和水湿蒸汽干饱和蒸汽过热蒸汽
18
一点液临界点 v 0.00317m3 /kg 三区汽液共存 cr Critical point 汽
1、零点规定规定：三相点液态水热力学能及熵为零
u '273.16 0
h ' u ' pv '
x较大时
sx xs' '1 xs' s'xs' 's' s' x
g
Ts
未饱和水湿饱和蒸汽过热蒸汽
21
v ' v v ''
v v ''
二、水蒸气表
1.饱和水和干饱和蒸汽表（附表6，7）
22
2.未饱和水和过热蒸汽表
p 0.001 MPa ts=6.949 ℃ v’=0.001 000 1, v”=129.185 h’=29.21, h”=2513.3 s’=0.105 6, s ”=8.9735 v m3/kg h kJ/kg s kJ/(kg· K) -0.0002 8.9938 9.0588 9.1823 9.2412 9.2984 9.4080 9.5120 9.6109 0.005 MPa ts=32.879 ℃ v’=0.001 005 3, v”=28.191 h’=137.72, h”=2 560.6 s’=0.4761, s”=8.3930 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 28.854 29.783 30.712 32.566 34.418 36.269 h kJ/kg -0.05 42.01 83.87 2574.0 2592.9 2611.8 2649.7 2687.5 2725.5 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 8.4366 8.4961 8.5537 8.6639 8.7682 8.8674 0.01 MPa ts=45.799 ℃ v’=0.001 010 3, v”=14.673 h’=191.76, h”=2583.7 s’=0. 649 0, s”=8.1481 v m3/kg 0.0010002 0.0010003 0.0010018 0.001009 14.869 15.336 16.268 17. 196 18.124 h kJ/kg -0.04 42.01 83.87 167.51 2591.8 2610.8 2648.9 2686.9 2725.1 s kJ/(kg· K) -0.0002 0.1510 0.2963 0.5723 8.1732 8.2313 8.3422 8.4471 8.5466

工程热力学第7章习题提示和答案

h2 = 3275 kJ/kg 、 t2 = 406 oC 、 v2 = 0.245 m3/kg ； cf 2 = 621.3m/s ； qm = 0.51kg/s 。
63
第七章气体和蒸汽的流动
7-14 压力p1 =2MPa，温度t1 =500℃的蒸汽，经拉伐尔喷管流入压力为pb =0.1MPa的大空间中，若喷管出口截面积A2=200mm2，试求：临界速度、出口速度、喷管质量流量及喉部截面积。
提示和答案：同上题。 ccr = 621.3m/s 、 cf 2 = 1237.7m/s 、 qm = 0.1383kg/s 、
Acr = 0.545×10−4 m2 。
7-15 压力p1 = 0.3MPa，温度t1 = 24℃的空气，经喷管射入压力为0.157MPa的空间中，应
用何种喷管？若空气质量流量为 qm = 4kg/s，则喷管最小截面积应为多少？
提示和答案：蒸气（如水蒸气、氨蒸气等）在喷管内流动膨胀其参数变化只能采用据第一定律、第二定律直接导出的公式，不能采用经简化仅理想气体适用的公式。同时还要注意
判定蒸气的状态。本题查氨热力性质表，得 h1 和 v2 ，据能量方程，求得 h2 ，发现 h ' < h2 < h" ，判定出口截面上氨为湿饱和蒸气，计算 x2 和 v2 后，求得 A2 = 8.58×10−6 m2 。
第七章气体和蒸汽的流动
第七章气体和蒸汽的流动
习题
7-1 空气以 cf = 180m/s 的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计
上的读数是 70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力学温度）。
提示和答案： T* = T1 + cf2 /(2cp ) ，注意比热容的单位。 t1 = 53.88 o C

工程热力学气体蒸汽流动

dA dc f dv + − =0 A cf v
dc f dA dv dc f dv v = − =( − 1) A v cf dc f c f cf
上式称为稳定流动过程的连续性方程式。上式称为稳定流动过程的连续性方程式。
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dcf dA dv dcf dv v = − =( −1) A v cf dcf cf cf
1 dp − c2 c2 dv v κ p f 2 = = f = 2 = Ma pv dp κ pv c dc f c f − 2 cf p
dc f dA dv v =( − 1) A dc f c f cf
dA = (M A
2 a
− 1)
c
f
f
16
二、喷管截面的变化规律 1、 a < 1，则dA与dcf 异号、 M
单纯的热力学问题
3
2、喷管和扩压管
q=0 ws = 0
1 2 (c f 2 − c 21 ) = h1 − h2 f 2
1
1 q = h2 − h1 + (c 22 − c 21 ) + g ( z2 − z1 ) + ws f f 2
2 2 1 cf2 cf1 流出流入 2 1 2 扩压管
cf1
29
Tcr 、 Pcr 、 cf,cr
pcr 临界压力与滞止压力之比称为“临界压力比” 滞止压力之比称为临界压力与滞止压力之比称为“临界压力比” γ cr = p0 c f ,cr = c
2κ pcr κκ−1 即： Rg T0 1 − ( ) = κRgTcr κ −1 p0
喷管的校核计算：喷管的校核计算：
已知喷管的形状和尺寸及不同的工作条确定出口流速和通过喷管的流量。件，确定出口流速和通过喷管的流量。

《工程热力学》(第四版)习题提示及答案07章习题提示与答案

习题提示与答案第七章气体的流动7-1 设输气管内甲烷气流的压力为4.5 MPa 、温度为15 ℃、流速为30 m/s ，管道的内径为0.5 m ，试求每小时输送的甲烷为多少m 3。

提示：管内的甲烷可看做理想气体。

答案：V 0=893 220 m 3/h 。

7-2 一股空气流的流速为380 m/s 、温度为20 ℃，另一股空气流的流速为550 m/s 、温度为750 ℃。

已知750 ℃时κ=1.335，20 ℃时κ=1.400，试求这两股气流各属于亚声速还是超声速，其马赫数各为多少？提示：音速T R c g κ=，马赫数cc Ma f =。

答案：Ma 1=1.107，Ma 2=0.878。

7-3 在压缩空气输气管上接有一渐缩形喷管，喷管前空气的压力可通过阀门调节，而空气的温度为27 ℃，喷管出口的背压为0.1 MPa 。

试求喷管进口的压力为0.15 MPa 及0.25 MPa 时，喷管出口截面的流速和压力。

提示：视喷管入口处速度近似为零，临界压力()1-1cr κκ⎪⎭⎫ ⎝⎛-κ=12p p ；渐缩形喷管，p cr <p B 时，出口截面压力p 2等于背压p B ，出口流速小于当地声速；p cr >p B 时，出口截面压力p 2等于临界压力p cr ，出口截面流速等于当地声速。

答案：（1）p 2=0.1 MPa ，c f2错误!未找到引用源。

=256.8 m/s ；（2）p 2=0.132 MPa ，c f 2=317 m/s 。

7-4 按上题条件，求两种情况下出口截面气流的马赫数。

提示：等熵流动过程, 音速T R c g κ=，马赫数cc Ma f =。

答案：(1) Ma =0.783 6；(2) Ma =1。

7-5 设进入喷管的氦气的压力为0.4 MPa 、温度为227 ℃，而出口背压为0.15 MPa ，试选用喷管形状并计算出口截面气体的压力、速度及马赫数。

提示：视喷管入口处速度近似为零，临界压力()1-1cr 1-2κκ⎪⎭⎫ ⎝⎛κ=p p ，若p cr <p B ，则选用渐缩形喷管，若p cr >p B ，则选用缩放形喷管。

沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体与蒸汽的流动(圣才出品)

由绝热方程
，可得初始状态的压强为：
所以，当（2）喷管的最大质量流量为：临界速度为：其中临界温度为：则可求得临界速度为：则此时的出口流速为：
质量流量为：
时喷管出口达最大流速。
2．如图 7-1 所示为某一燃气轮机装置，已知压气机进口处 1 空气的比焓
，
经绝热压缩后，空气温度升高，比焓增为
；在截面 2 处空气和燃料的混合物
的渐缩喷管。喷管
、
、初速
。[哈尔滨工业大学 2002 研]
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求：（1）当背压为多大时，喷管可达最大流量。（2）喷管的最大质量流量，以及此时的出口流速。已知：空气的比热 =1.004kJ/（kg·K），气体常数 R=0.287kJ/（kg·K）。解：（1）喷管的滞止参数为：
以
的速度进入燃烧室，在定压燃烧过程中，工质吸入热量
；燃烧
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后燃气进入喷管绝热膨胀到状态，
，流速增加到；此燃气进入燃气轮机
动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度
。[中科院—中科大 2007 研]
即：
，
由稳定能量方程式，可得：
或
。
可见，压气机中所消耗的轴功增加了气体的焓值。
压气机消耗的功率为：
（2）燃料的耗量为：
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可见，燃料量与空气量相比很小。（3）燃气在喷管出口处的流速，取截面 2 至截面的空间为热力系，工质作稳定流动，若忽略重力势能差，则能量方程为：

武汉理工大学轮机工程工程热力学与传热学气体和蒸气的流动作业答案

qm
A2 wg2 v2
10 104 343.9 kg/m3 0.064
5.373kg/m3
综上，有出口流速为343.9m/s，出口流量5.373kg/m3，出口温度21.1℃ 出口比体积0.064m3 /kg 注：该题也可利用教材中公式8-10c来计算流速，式8-13计算流量，殊途同归。
7. 在燃气轮机装置中，燃烧室产生的燃气的压力为 0.8MPa，温度为 700℃。燃气通过喷管获得高速气流，以带动燃气轮机对外做功。若已知喷管背压 pb=0.2MPa，燃气的气体常数为 289.4J/(kg·K)，绝热指数 κ＝1.3，试分别求出采用渐缩喷管和缩放喷管时的出口流速。
解：先求出临界压力比c
(
2
) 1
1
(
2
1.3
)1.31
1.3 1
0.5457
当pb
0.2MPa时，pb p1
0.2 0.8
0.25
Pcr P1
c
0.5457
说明对于渐缩喷管，出口达到了临界状态，出口压力等于临界压力；
对于渐缩渐扩喷管，出口压力等于背压pb 0.2MPa。
对于渐缩喷管，
出口流速wg2 wg,cr
5、答：当流道内的流速等于当地音速时，对应的截面为临界截面，该截面上的压力称为临界压
力 pcr，临界压力与滞止压力的比值称为临界压力比。当入口速度相对较小时，也可用进口压力代替滞止压力，此时临界压力比即为临界压力与进口压力的比值。
临界压力比只与气体的物性有关，具体地，与绝热指数 κ 的大小有关。对于理想气体， κ 等于定压比热容与定容比热容的比值；而对于水蒸气，κ 只是一个经验数据，随水蒸气所处的状态不同而变化，并不等于定压比热容与定容比热容之比。