9 气体与蒸汽的流动 (1)

第九章气体与蒸汽的流动

一、是非题

1．在绝热流动中欲使气流增速必须降压（），反过来，流道中有压降一定能使气流增速（）。

2．在稳定流动过程中，流体的状态变化过程可看作准平衡过程。（）

3．稳定流动的连续性方程可普遍适用于稳定流动过程，而不论流体（液体和气体）的性质如何，或过程是否可逆。（）

4．定熵流动特性方程(9–11)适用于理想气体的可逆绝热流动过程。（）

5．在定熵流动中欲使气流达到超声速必须采用缩放喷管（），流体流经缩放流道一定能达到超声速（）。

6．声速是一个常数，在流道中每一截面处的声速均相同（），热空气中的声速比冷空气中大（）。

7．临界压力比

1

cr1

2+

⎪⎪

⎭

⎫

⎝

⎛

+

=

γ

γ

γ

v

中的无论对于理想气体或水蒸气均有V

p

c

c

=

γ

（）。

8．只要喷管进、出口的压力比v小于临界压力比v cr，不论使用什么形状的喷管均能达到超声速（）。

9．流体在直管中不可能达到超声速（），流体在直管中作绝热流动时不可能达到超声速（）。

10．初参数相同的气体分别进入一渐缩喷管及一缩放喷管作完全膨胀，已知二者的最小截面面积相同，则通过两个喷管的质量流率是相同的（）。

11．在定熵流动中，对应任一截面的滞止参数都是相同的（）。

二、选择题

1．在定熵流动中若喷管进口处气流流速低于当地声速，要让气流增速需要选择

或，要使气流升压需要选择，当进口流速高于当地声速时，欲使之增速速或增压，分别应选择及。

(a)渐缩管；(b)渐扩管；(c)缩放管

2．在喷管流动计算中管形选择和判断中最方便的办法是用。

(a)马赫数Ma；(b)临界压力比cr ；(c)当地声速

3．气体在渐缩喷管A及缩放喷管B中作定熵流动，实现完全膨胀，已知二者进口参数相同，喷管B的渐缩段尺寸与喷管A相同，喷管A出口速度等于当地声速，则

(i) A m B m ；(ii)喉部p tA p tB；(iii)流速c A出 c Bt；(iv) p A出 p B出；

(v) c A出 c B出。

(a)大于；(b)等于；(c)小于；

4．在进、出口参数不变的情况下在拉伐尔喷管后使管长加长一段，其出口流速将

，其流量将。若切去一段，出口流速将，流量将。若为渐缩管则分别为。

(a)增加；(b)减小；(c)不变

5．定熵流动特性方程(9–11)适用于。

(a)任意气体的可逆绝热流动过程；(b)理想气体的可逆绝热流动过程；(c)任意气体的任意流动过程

6．喷管设计计算时的已知条件是，需确定的是，校核计算的已知条件是，需要确定的是。

(a)进、出口参数；(b)喷管尺寸；(c)气体流量；(d)喷管出口流体的流速。

7．对理想气体而言喷管流动的计算多采用，而对水蒸汽最为方便的是采用。

(a)解析式；(b)物性表；(c)h-s图。

8．理想气体绝热节流后温度将。

(a)增加；(b)减小；(c)不变

三、习题

9-1 压力为0.1MPa，温度为15℃的空气，分别以100m/s、200m/s、400m/s的速度流动。当空气完全滞止时，试问空气的滞止温度及滞止压力各为多少？滞止作用对气流参数的影响如何？

9-2 设一贮气器内盛有空气，其压力p*=0.4MPa，温度t*=20℃。空气经由渐缩喷管作定熵流动，流向压力为0.262 4MPa的空间。渐缩喷管出口截面面积为0.785cm2。求喷管出口截面上的状态参数、射出速度和质量流量。若外界压力降为0.1MPa，求渐缩喷管的最大质量流量。

9-3 初态为3.5MPa和350℃、初速为100m/s的水蒸气，在喷管中绝热膨胀到2.1MPa。已知流经喷管的质量流量为10kg/min，忽略摩阻损失，试确定喷管的形状和尺寸；若存在摩擦损失，已知喷管速度系数，确定通过喷管的质量流量。

9-4 压力p*=4.0MPa、温度t*=400℃的水蒸气，经阀门被节流到3.5MPa，然后进入缩放喷管绝热膨胀到出口压力p2=1.0MPa。已知喷管效率N=0.883，试求喷管出口流速，并将此过程表示在h-s图上。

9-5 水蒸气在一喷管中绝热流动，进口参数p*=9.0MPa，t*=500℃。已知速度系数，实际出口流速为611m/s，求进出口状态间的熵产。

9-6 在汽轮机末级叶片出口处，状态为p2=0.004MPa、x2=0.88的水蒸气通过连接管进入冷凝器。假定连接管中容许的最大流速为120m/s，求蒸汽质量流量为100 000kg/h时连接管的直径。

9-7 压力为0.1MPa、温度为30℃的空气，流经扩压管压缩升压到0.14MPa，试问空气进入扩压管的初速至少有多大？

9-8 空气在一喷管中定熵流动，从初压1.4MPa、初温200℃膨胀到0.14MPa，流经喷管的质量流量为270kg/min。试确定比体积、流速、声速、流量密度 (q m/A)及喷管截面面积随压力比变化的关系，并画在以压力比为横坐标的图上。

9-9 二氧化碳以50m/s 的初速进入绝热喷管，已知其进口温度为1 200K ，出口温度为400K ，若流动可视为可逆过程，求进口及出口的马赫数。

9–10 空气在喷管中定熵膨胀，已知进口压力为1.5MPa ，温度为60℃，出口压力为0.4MPa ，计算初终声速比。

9–11 二氧化碳在p 1=800kPa ，T 1=400K 下进入喷管被加速到Ma=0.6，试确定加速后的温度和压力。

9-12 空气进入一缩放流道，进口处压力为0.8MPa ，初速为0，定熵膨胀至出口马赫数为Ma=1.8，求出口背压。

9–13 大气中的空气压力为90kPa ，温度为260K ，以c 1=250m/s 的速度进入飞行器的扩压

管，已知质量流率 kg/s 15=m ，扩压管的效率为 %95N =η，出口速度为80m/s ，求出口压

力、温度及出口截面积。

9–14 水蒸汽进入渐缩流道，进口压力为3.0MPa ，温度为600℃，初速可忽略，喷管出口压力为1.8MPa ，截面积为24cm 2，在(a)等熵流动；(b)喷管效率

9.0N =η时求出口速度，喷

管质量流率及出口马赫数。

9–15 汽车轮胎中的空气压力为220kPa （表压），环境大气压力为94kPa ，温度25℃，轮胎上有直径为3mm 的小洞，假定流动过程近似视为定熵过程，确定最初的质量流率。 9–16 某渐缩喷管，其出口截面面积为10cm 2，测得喷管进口空气的压力为200kPa ，温度为200℃，出口压力为50kPa ，试计算喷管的实际出口速度及喷管质量流率。

四、计算机应用、工程设计及讨论

1.写一计算机程序确定喷管的尺寸。已知工质为空气，进口滞止参数为1 400kPa 、200℃，喷管内为定熵流动，质量流率为3kg/s 。当压力降按50kPa 变化时计算喷管的尺寸，并计算沿喷管马赫数Ma 的变化。

2 写一程序计算例题9–3中当喷管出口压力为200kPa 时沿流动方向流体压力、温度、速度、密度、声速、马赫数的变化。