9气体和蒸汽的流动(流体)解析
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+
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么? 答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
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
4 / 22
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
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
9 / 22
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
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
7 / 22
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
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。
8-气体蒸汽的流动和压缩
c ─称为当地声速。
, 表达式 Ma
流体的流动速度 当地声速
cf c
当 cf<c， Ma<1，是亚声速气流；当 cf>c，Ma>1，超声速气流；
当 cf=c，Ma=1，是声速气流。
第九章
第8章 气体、蒸汽的流动和压缩 气体与蒸汽的流动
8.1.2 气体在喷管与扩压管中的定熵流动
1)气体流速的变化与其状态参数之间的关系 (1)流速与压力之间的关系
1）临界压力比
临界压力比是指喷管内气体的临界压力pcr与滞止压力的比值。即
cr
pcr =定值 p0
pcr 2 1 vcr 0 ( ) p k 1
临界压力比vcr与气体的性质有关，是绝热指数的单值函数。针对不同 性质的气体,vcr是一个确定的常数。且 单原子气体: 1.67, cr 0.487 双原子气体: 1.4, cr 0.528 多原子气体: 1.3, cr 0.546
(1)
(2) 流速与比体积之间的关系 过程方程的微分形式可写成 将其代入（１)式,有
dc f cf
1 dv 1 dv 2 Ma v Ma 2 v
(2)
第8章
气体、蒸汽的流动和压缩
8.1.2 气体在喷管与扩压管中的定熵流动
dc f cf
dc f 1 dp dp 2 Ma 2 Ma p p cf
(1) (2)
dc f cf
dc f 1 dv dv 2 Ma 2 Ma v v cf
(3) 流速与声速之间的关系 适用于任何气体的声速方程为 c pv 也可写成 c2 pv 其微分为 2cdc pdv vdp 等式两边同时除以pv，整理得 dc 1 dv dp
工程热力学 第七章 气体与蒸汽的流动.
出口截面积。
解：（1）确定滞止参数
根据初态参数，在h-s图上确定进
口状态点1，为过热蒸汽，cr 0.546。
过1点作定熵线，截取线段 01 的
长度为 h0 h1 c2f 1 / 2 5kJ / kg，点0 即为滞止点，查得：p0 2.01106 Pa，h0 3025kJ / kg 。
流经截面1-1和2-2的质量
流量为 qm1 、qm2 ，流速为c f 1 、 cf 2。 质量守恒：qm1 qm2 qm const
A1cf 1 A2c f 2 Acf const
v1
v2
v
dA dcf dv 0 A cf v
上式适用于任何工质和任何过程（可逆和不可逆）。
（2）确定临界参数
pcr cr p0 2.01106 Pa
定压线与定熵线的交点即为临界
状态点，查得：hcr 2865kJ / kg ， vcr 0.219m3/kg。
（3）确定出口参数
p2 pb 0.1106 Pa
定压线与定熵线的交点即为出口
状态点2，查得：h2 2420kJ / kg，v2 1.55m3/kg。
（2）尺寸计算
●渐缩喷管
A2 qmv2 / c f 2
●缩放喷管
Acr qmvcr / c f ,cr
扩张段的长度：
A2 qmv2 / c f 2
l d2 dmin
2 tan( / 2)
—顶锥角，取10°-12°。
4、计算步骤 ■设计性计算
根据已知条件，选择喷管外形并确定几何尺寸。 ■校核性计算
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。
工程热力学名词解释
工程热力学名词解释专题注：参考哈工大的工程热力学和西交大的工程热力学第一章——基本概念1、闭口系统：热力系与外界无物质交换的系统。
2、开口系统：热力系与外界有物质交换的系统。
3、绝热系统：热力系与外界无热量交换的系统。
4、孤立系统：热力系与外界有热量交换的系统。
5、热力平衡状态：热力系在没有外界作用的情况下其宏观性质不随时间变化的状态。
6、准静态过程：如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小，以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态，这样的过程称为准静态过程7、热力循环：热力系从某一状态开始，经历一系列中间状态后，又回复到原来状态。
8、系统储存能：是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。
9、热力系统：根据所研究问题的需要，把用某种表面包围的特定物质和空间作为具体指定的热力学的研究对象，称之为热力系统。
第二章——热力学第一定律1、热力学第一定律：当热能与其他形式的能量相互转换时，能的总量保持不变。
或者，第一类永动机是不可能制成的。
2、焓：可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量，即热力学能与推动功的总和。
3、技术功：技术上可资利用的功，是稳定流动系统中系统动能、位能的增量与轴功三项之和4、稳态稳流：稳定流动时指流道中任何位置上的流体的流速及其他状态参数都不随时间而变化流动。
第三章——热力学第二定律1、可逆过程：系统经过一个过程后，如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态，将不会给外界留下任何影响。
2、热力学第二定律：克劳修斯表述：不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。
开尔文普朗克表述：不可能从单一热源吸热而使之全部转变为功。
3、可用能与不可用能：可以转变为机械功的那部分热能称为可用能，不能转变为机械功的那部分热能称为不可用能。
4、熵流：热力系和外界交换热量而导致的熵的流动量5、熵产：由热力系内部的热产引起的熵的产生。
6、卡诺定理:工作再两个恒温热源（1T和2T）之间的循环，不管采用什么工质，如果是可逆的，其热效率均为121TT，如果不是可逆的，其热效率恒小于121TT。
工程热力学蒸汽的流动
c2 ' c2
h2
h2
/
2
2'
x=1
0
s
21
6-4 绝热节流及其应用
一、绝热节流的概念
流体流经阀门、孔板等装置时，由于局部阻力较 大，使流体压力明显下降，称为节流现象。如果节 流过程是绝热的，则为绝热节流，简称节流。
二、节流过程的特点
1 3 2
1、过程的基本特性： （1）节流过程是典型 的不可逆过程； （2）绝热节流前后焓 值相等。
第一篇
工程热力学
第六章 蒸汽的流动
新课引入
前面讨论的热力系中所实施的热力过程，一般都没有考 虑工质流动状况(如流速)的改变。但在有些热力设备中， 能量转换是在工质的流速和热力状态同时变化的热力过程 中实现的。如蒸汽在汽轮机中喷管内的流动过程；气体在 叶轮式压气机中扩压管内的流动过程等，其能量转换的规 律需专门研究，为以后汽轮机专业课的学习奠定一定的理 论基础知识。
h
节流前汽轮机按1-2进行：
p1
/
p1
t1
/
wt=h1-h2 wt′=h1′-h2′ 由于h1=h1′及h2′>h2， 则有 wt′<wt
h1Hale Waihona Puke h11t1/
1'
节流后汽轮机按1′-2′进行：
p2
h2
/
h2
2' 2
x=1
0
s
虽然蒸汽绝热节流后，焓不变，1kg蒸汽的总能量的数量 没变，但其作功能力降低了。
14
工程中常用的喷管型式为：渐缩喷管和缩放喷管
15
Ma<1
Ma<1
Ma>1
渐缩喷管
工程热力学和传热学08气体蒸汽流动
临界截面上的温度、压力、速度分别称为临界温度、临 界压力、临界速度。 Tcr 、 Pcr 、 Wg,cr 临界压力与进口压力之比称为“临界压力比”
wg ,cr c
pcr 1 2 即： RT1 1 ( ) RTcr 1 p1
pcr cr p1
Ma
பைடு நூலகம்
wg c
马赫数是研究气体流动特性的一个很重要的数值。 Ma>1，超音速流动 Ma=1，临界流动 Ma<1，亚音速流动
气流的马赫数对气流截面的变化规律有很大的影响。
水蒸汽、可逆绝热过程
k
cp cv
κ=1.3 取经验数据
过热蒸汽
κ=1.135 饱和蒸汽
比体积变化率与 流速变化率之比
dwg dA dv v 分析： ( 1) A dwg wg wg
如为理想气体 可逆绝热流动：
T2 p2 ( ) T1 p1
1
p2 1 wg 2 2 p1v1 1 ( ) 1 p1
适用于理想气体的可逆绝热过程 当 p2 / p1 = 0，即出口处为真空时，出口流速达到最大
wg ,max 2
1
截面上Ma=1，cf,cr=c，称临界截面[也称喉 部截面]，临界截面上速度达当地音速 。
第二节
一、流速
气体和蒸汽在喷管中的流速和质量流量
将开口系统稳定流动能量方程应用于喷管： 1 2 2 q h2 h1 ( wg 2 wg1 ) ws 2
q 0，ws 0
2 2
wg 2 wg1 2(h1 h2 )
qm,max
0
β 1/ 2
cr
化工原理第四版思考题答案
3-2 球形颗粒在流体中从静止开始沉降，经历哪两个阶段？何谓固体颗粒在流体中的沉降速度？沉降速度受那些因素的影响？答：1、加速阶段和匀速阶段；2、颗粒手里平衡时，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度t μ3、影响因素由沉降公式确定ξρρ以及、、p p d 。
（93页3-11式）3-6 球形颗粒于静止流体中在重力作用下的自由沉降都受到哪些力的作用？其沉降速度受哪 些因素影响?答：重力，浮力，阻力；沉降速度受 颗粒密度、流体密度 、颗粒直径及阻力系数有关 3-7 利用重力降尘室分离含尘气体中的颗粒，其分离条件是什么？答：停留时间>=沉降时间（tu u H L ≥) 3-8 何谓临界粒径？何谓临界沉降速度？答：能 100%除去的最小粒径；临界颗粒的沉降速度。
3-9 用重力降尘室分离含尘气体中的尘粒，当临界粒径与临界沉降速度为一定值时，含尘气 体的体积流量与降尘室的底面积及高度有什么关系？答：成正比 W L V ·u q t s ≤3-10 当含尘气体的体积流量一定时，临界粒径及临界沉降速度与降尘室的底面积 WL 有什么 关系。
答：成反比3-12 何谓离心分离因数？提高离心分离因数的途径有哪些？答：离心分离因数：同一颗粒所受到离心力与重力之比；提高角速度，半径（增大转速） 3-13 离心沉降与重力沉降有何不同？答：在一定的条件下，重力沉降速度是一定的，而离心沉降速度随着颗粒在半径方向上的位置不同而变化。
3-15 要提高过滤速率，可以采取哪些措施？答：过滤速率方程 ()e d d V V P A V +∆=γμυτ 3-16 恒压过滤方程式中，操作方式的影响表现在哪里？ 答：3-17 恒压过滤的过滤常数 K 与哪些因素有关？ 答：μγυP K ∆=2表明K 与过滤的压力降及悬浮液性质、温度有关。
第四章 传热4-1 根据传热机理的不同，有哪三种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？答：三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。
工程热力学第八章(气体与蒸汽的流动)09(理工)(沈维道第四版)
扩压管（ ） ◆四、扩压管（2）
当M入>1， ， M出<1时 时
dA dc 2 = M −1 dp 与 dc 异号 A c
应先收缩 应先收缩, 收缩
(
)
超音速流入 亚音速流出 流入， 即超音速流入，亚音速流出 显然，为使得dp>0 显然，为使得 后再扩张 当M =1后再扩张，从而使 出口 <1，即采用 后再扩张，从而使M ， 缩放型扩压管 缩放型扩压管
c 定义式: 定义式: M = a
◆3、气体流动速度分类 气体流动速度 速度分类
M <1时， c <a 时 M =1时， c =a 时 M >1时， c >a 时 音速
8314.5 J/(kg.K) = 343m/s a = kRgT = M a = 1.4 × 287 × 293
只能在有介质 亚音速流动 声音只能在 亚音速流动 声音只能在有介质 的场中传播 传播， 的场中传播，不能 音 速流动 真空中传播 在真空中传播 超音速流动 超音速流动 如：在20℃的空气中 ℃
dA dc dv dA dc dρ + − =0 + + =0 或 A c v ρ A c
（7-2） ）
3、动量方程 、 由 δq = dh + δwt = dh − vdp 得 − dh = − vdp 由
2 c2 (c2 − c12 ) 得 − dh = d ( ) h1 − h2 = 2 2
a= ∂p ( ) ∂ρ s
过程式: 过程式: dp + k dv = 0 p v 定熵过程 压力波的传播过程 可作定熵过程 定熵过程处理 可作定熵过程处理
a = kpv
理想气体
a = kRgT
工程热力学-名词解释
1.第一章 基本概念及定义 2.热能动力装置：从燃料燃烧中得到热能，以及利用热能所得到动力的整套设备（包括辅助设备）统称热能动力装置。
3.工质：热能和机械能相互转化的媒介物质叫做工质，能量的转换都是通过工质状态的变化实现的。
4.高温热源：工质从中吸取热能的物系叫热源，或称高温热源。
5.低温热源：接受工质排出热能的物系叫冷源，或称低温热源。
6.热力系统：被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。
7.闭口系统：如果热力系统与外界只有能量交换而无物质交换，则称该系统为闭口系统。
（系统质量不变） 8.开口系统：如果热力系统与外界不仅有能量交换而且有物质交换，则称该系统为开口系统。
（系统体积不变） 9.绝热系统：如果热力系统和外界间无热量交换时称为绝热系统。
（无论开口、闭口系统，只要没有热量越过边界） 10.孤立系统：如果热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则称该系统为孤立系统。
11.表压力：工质的绝对压力>大气压力时，压力计测得的差数。
12.真空度：工质的绝对压力<大气压力时，压力计测得的差数，此时的压力计也叫真空计。
13.平衡状态：无外界影响系统保持状态参数不随时间而改变的状态。
充要条件是同时到达热平衡和力平衡。
14.稳定状态：系统参数不随时间改变。
（稳定未必平衡） 15.准平衡过程(准静态过程)：过程进行的相对缓慢，工质在平衡被破环后自动恢复平衡所需的时间很短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致显著偏离平衡状态，那么这样的过程就称为准平衡过程。
它是无限接近于平衡状态的过程。
16.可逆过程：完成某一过程后，工质沿相同的路径逆行回复到原来的状态，并使相互作用所涉及的外界亦回复到原来的状态，而不留下任何改变。
可逆过程=准平衡过程+没有耗散效应（因摩擦机械能转变成热的现象）。
17.准平衡与可逆区别：准平衡过程只着眼工质内部平衡;可逆过程是分析工质与外界作用产生的总效果，不仅要求工质内部平衡，还要求工质与外界作用可以无条件逆复。
第6章气体流动过程
2019/9/27
22
临界压力比cr是喷管中流体流动从亚音速过渡到超音速的转折
点
超音速流动与亚音速流动有原则区别。根据临界压力比可以计 算出气流的压力降低到何值时其流速恰好达到当地音速，因此临
界压力比cr是分析气体流动的一个重要参数
2019/9/27
23
cr
( k
2
k
) k1
1
c2 2kk1P0v0[1(P P02)kk1]
2019/9/27
8
⑵马赫数
马赫数(M) ——流道中某一截面上的气体流速与当地音速之比
亚音速——气体的流速小于当地音速，M < 1 超音速——气体的流速大于当地音速，M >1
2019/9/27
9
§6.3 促使流速改变的条件
工程上常有将气流加速或加压的要求。例如： 利用喷管将蒸汽流加速，冲动汽轮机的叶轮作功； 喷气式发动机则利用喷管将气流加速后喷出，产生巨大的反作 用力来推动装置运动
考虑到稳态稳流的特性，对管道的任一截面
Aici 常数 vi
——连续性方程
微分形式 dA dv dc
Av c
2019/9/27
3
⑵能量方程
根据稳态稳流的能量方程
q (h 2 h 1)1 2(c2 2 c 1 2)g (z2 z1) w shaft
对于绝热、不作轴功、忽略重力位能的稳态稳流情况
第6章
气体的流动过程
（thermodynamics of one-dimensional steady flow of Gas）
2019/9/27
1
流体在管道中流动时与外界的热交换往往可以忽略，也不对外 输出轴功，而且常可视为稳态稳流装置。以下本章将主要讨论定 比热容理想气体在管道中作绝热稳态稳流时的热力学状态变化与 宏观流动状况（流速、流量）变化之间的关系
工程热力学第六版素材第09章 气体和蒸汽的流动
第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。
为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。
音速：音速是微小扰动在物体中的传播速度。
定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。
减缩喷管：当进入喷管的气体是M < 1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。
渐扩喷管：当进入喷管的气体是M > 1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。
缩放喷管：如需要将M < 1的亚音速气流增大到M > 1的超音速气流，则喷管截面积应由d f < 0逐渐转变为d f > 0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。
临界参数：在渐缩渐扩喷管中，收缩部分为亚音速范围，而扩张部分为超音速范围。
收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部，此处M＝1，d f = 0。
该截面称为临界截面，具有最小截面积f min，相应的各种参数都称为临界值，如临界压力p c、临界温度T c、临界比体积v c、临界流速c c等。
应予注意，临界流速c c为临界截面处的当地音速。
节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。
这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。
若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。
在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。
冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有μj > 0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。
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。
蒸汽发生器倒u型管内液体流动原理
蒸汽发生器倒u型管内液体流动原理蒸汽发生器倒U型管内液体流动原理解析1. 引言蒸汽发生器是一种常见的设备，用于将液体转变为汽体。
在蒸汽发生器中，液体在倒U型管内流动，而倒U型管的存在对流动起到了重要影响。
本文将从浅入深，逐步解释蒸汽发生器倒U型管内液体流动的相关原理。
2. 流体力学基础知识在深入理解蒸汽发生器倒U型管内液体流动之前，我们需要了解一些基本的流体力学知识。
•流体的特性：流体有流动性、没有固定形状和体积，分为液体和气体。
•流体的压力：流体的压力是由分子间相互碰撞产生的。
在重力作用下，流体的压力随着深度的增加而增加。
•流体的流动方式：流体可以通过管道内的流动方式分为层流和湍流。
层流是指流体在管道内呈现平行分层的流动状态，而湍流则是乱流的状态。
3. 蒸汽发生器倒U型管内液体流动原理倒U型管的作用倒U型管在蒸汽发生器中扮演了重要角色。
它的存在可以用来实现以下几个功能：•热交换：通过倒U型管，热量可以从高温蒸汽传递给冷却的液体，实现热量的交换。
•气液分离：倒U型管中的液体可以通过重力作用，使液滴凝结并沉积，从而实现气液分离。
液体在倒U型管内的流动形式在倒U型管内，液体的流动方式主要受到以下因素的影响：•重力：液体会受到重力的影响而产生流动。
•压力差：在倒U型管的两侧，液体由于压力差而产生流动。
压力差由液体的高度差以及液体表面的张力决定。
•液滴凝结：由于温度差异，液体中的水分子可能会凝结成液滴，液滴的沉积也会导致液体的流动。
4. 应用举例工业蒸汽发生器工业蒸汽发生器是一种常见的倒U型管应用。
它通过将液体加热蒸发，实现蒸汽的产生。
倒U型管在其中起到两个关键作用：一是将液体和蒸汽进行热交换，提高蒸汽发生的效率；二是实现液气分离，使蒸汽的纯度更高。
实验室装置倒U型管也常用于实验室装置中。
例如，在化学实验中，可以使用倒U型管来收集气体产物或实现液体的回流，以保证实验的安全和顺利进行。
5. 结论蒸汽发生器倒U型管内液体流动的原理涉及流体力学和热学的知识。
第六章 气体与蒸汽的流动(绝热节流过程)
p1h1c1 1
p2h2c2 2
绝热节流过程前后的焓相等， 但整个过程绝不是定焓过程。
h
在缩孔附近，流速 ，焓
c
绝热流动的能量方程式
q
h wt
h2
h1
1 2
(c22
c12 )
g(z2
z1) ws
h2
h1
1 2
(c22
c12 )
通常情况下,节流前后流速差别不大,即c2 = c1 h2 h1
M=1 dA=0 临界截面
M>1 dA>0 渐扩
M<1 M>1 dA<0 dA>0 渐缩渐扩
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
M<1
管道种类
渐缩渐扩扩喷管 M<1转M>1
M>1 渐缩渐扩扩压管
M>1转M<1
喷管 dc>0 dp<0
1
2
dA 0 A
（1）绝热节流后蒸汽的温度； （2）节流过程的熵变； （3）节流的有效能损失，并将其表示在T-S图上； （4）由于节流使技术功减少了多少？
例题
4、理想气体从初态1(p1,t1)进行不同过程到相同终压p2，一过程为经过喷 管的不可逆绝热膨胀过程，另一过程为经过节流阀的绝热节流过程。若 p1>p2>p0，T1>T0（p0、T0为环境压力与温度），试在T-s图上表示此两 过程，并根据图比较两过程作功能力损失的大小。
证明:理想气体微分节流系数μJ =0.
pv RT
v RT p
( v T
)p
R p
工程热力学气体与蒸汽的流动
第八章 气体与蒸汽的流动工程中，常要处理气体与蒸汽在管路设备，如喷管、扩压管、节流阀内的流动过程。
例如蒸汽轮机、燃气轮机等动力设备中，使高压的气体通过喷管，产生高述度流动，然后利用高述气流冲击叶轮旋转而输出机械功。
火箭尾喷管，喷射式抽气器及扩压管等是工程上常见的另一些实例。
此外，热力工程上还常遇到 气体或蒸汽流经 门、孔板等狭窄通道时产生的节流现象。
本章主要讨论气体在流经喷管等设备时气流参数变话与流道截面积的关系及流动过程中气体能量传递和转化等问题。
此外还将简要地讨论绝热节流过程。
流体在流经空间任何一点时，其全部参数都不随时间而变化的流动过程。
称为稳定流动。
工程中，最常见的工则的流动都是稳定的或接近稳定的流动。
严格地说。
运动流体在流道的同截面上的不同点，由于受摩插力及传热等影响，流述、压力、温度等参数也有所不同，但为研就问题简变起见，常取同一 截面上某参数的平均植作为该面上各点该参数的植，这眼样问题就可简化为沿流动方向上的一维问题。
实际流动问题都是不可逆的，而且流动过程中工质可能与外界有热量交换。
但是。
一般热力管道外都包有隔热保温材料，而且流体流过如喷管这样的设备的时简很短，与外界的换热也很小，为简便起见，把问题看成可逆绝热过程，由此而造程，由此而造成的误差利用实验系数修正。
因此，本章主要讨论可逆绝热过程，由此而造成的误差利用实验系数修正。
因此，本章主要讨论可逆绝热的一维稳定流动。
第一节 稳定流动的基本方程式一、连续性方程定流动中，任一截面的一切参数均不随时简而变，故流经一定截面的质量流量应为定植，不随时简而变。
设图8—1中流经截面1—1和2—2的质量分别为q m 1q m 2，流速为cfl 和cf2，比体积为v1和v2，流道截面面积为A1、A2。
若在此两截面间没有引进或排出流体，则据质量守恒原理有将上式微分，并整理得图8—1一维稳定流动常数=Α==Α=Α===vc v c v c q q q f 22f 211f 1m 2m 1m L （8—1） 0=−+Αvdv c dc A d f f （8—la ） 式（8—1）称做稳定流动的连续性方程式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定义式: a
p ( ) s
dp dv 定熵过程 k 0 p v
压力波的传播过程 可作定熵过程处理
11:55
a kRT
理想气体 只随绝对温度而变
(2) 马赫数
定义式
c M a
流速
当地音速
三种音速
1 M>1 超音速 supersonic velocity 2 M=1 临界音速 sonic velocity
11:55
对实际气体
c2 44.72 c p (T0 T2 )
公式1
公式2
公式1－说明
1、适用稳流，绝热、一切工质、可逆与不可逆过程。
2、理想气体
h1 Cpt1 , h2 Cpt2
3、水蒸汽：查h-s图确定
h1 , h2
11:55
p2
p1
公式2说明 只决定于的 比值，即 的变化而相应的变化。 讨论 p2 1 c2 0 p1 时，
扩压管中 的流动特性
dc 1 dv 二、管道截面变化的规律 2 c M v
cdc vdp
连续性方程
df dc 2 ( M 1) f c
气流速度变化
M>1 df>0 渐扩 M<1 M>1 df<0 df>0 渐缩渐扩
可逆绝热过程方程 管道截面变化 M<1 df<0 渐缩 M=1 df=0 临界截面
看作理想气体，采用变 比热容查表方法确定参 数。 马赫数是流体中的实际 速度和当地声速的比值 。
11:55
第二节 定熵流动的基本特性
一、气体流速变化与状态参数间的关系 由定熵过程 dh=vdp
得
由此可见
cdc vdp
导致 导致 喷管中的 流动特性
dc>0
dp<0
dc < 0
11:55
dp > 0
第九章 气体和蒸汽的流动
(Gas and Steam Flow)
11:பைடு நூலகம்5
工程中有许多流动问题需考虑宏观动能和位能，
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。
11:55
一
第一节 绝热流动的基本方程
概念
稳态稳流(稳定流动) 状态不随时间变化
喷管 dc>0
11:55
注:扩压管dc<0,故不同音速下的形状与喷管相反
流动状态
喷管和扩压管流速变化与截面变化的 关系
M<1 M>1
df 0 f
管道种类
渐缩渐扩扩喷管 M<1转M>1 渐缩渐扩扩压管 M>1转M<1 M<1
喷管
dc>0 dp<0
1
2
1
2
df 0 f
1 M=1 2
p1 p2
M>1
二 几个基本方程 绝热稳定流动 能量方程 定熵过程 方程
恒定的流量
连续性方程
11:55
(1) 连续性方程
由稳态稳流特点
m1 m2 ....... m const
fc m v
截面面积 气流速度 气体比容
dc df dv 适用于任何工质 0 c f v 可逆和不可逆过程
11:55
1 2 2 h2 h1 (c f 2 c f 1 ) 2
a2 kRT [1.252188.9J /(kg K ) 400K ]0.5 307.57m / s c f 2 1357 .17m / s Ma2 4.41(出口马赫数 ) a2 307.57m / s
这一节的主要目的：
根据稳定流动的基本方程来确定它们的计算公式及使用条件。
11:55
一 定熵滞止参数
定义： 将具有一定速度的气流在定熵条件 下扩压，使其流速降低为零时的参数
p0 T0 p1 T 1
T1 1 T 0
k k 1
参数表达式
c h0 h1 2
2 1
v0 v ( )
1 k 1
c12 T0 T1 2c p
11:55
下角标为0的 是定熵滞止参数
下角标为1的 是进口参数
二、喷管的出口流速
由绝热稳定流动能量方程
c c (h1 h 2) 2
2 2 2 1
对理想气体
k 1 k p2 2k c2 RT0 1 p k 1 0
p2
3 M<1 亚音速 subsonic velocity
11:55
9-6
取得CO2气体常数R 188.9 J /(kg K ) 查CO2理想气体热力性质表可 得
53848 在1200 K时k 1.171, h1 1223 .54 kJ / kg 44.01
a kRT
[1.7171 188.9J /(kg K ) 1200K ]
p1 p2
2
df 0 f
p1 p2
dp>0 1 扩压管 dc<0 p1 p2 11:55
1
2
df 0 f
M>1
1 M=1 2
p1 p2
M<1
p1 p2
§ 9-3 喷管中流速及流量计算
1、设计：根据已给的流动条件，(初态和终 压 )。 求出口流速和流量并选择喷管的外形尺寸。 喷管的计算 2、校核：根据喷管的外形尺寸， 求工况变 化时的流量和流速。
0.5
515.211 m/
50m / s Ma1 0.097(进口马赫数) a1 515.211 m/ s 13372 303 .57 kJ / kg 11:55在400 K时k 1.252 , h2 44.01
cf1
1 2 2 1223 .54 kJ / kg 303 .84 kJ / kg [c f 2 (50 m / s ) ] 2 c f 2 1357 .17m / s
11:55
2
vdp cdc
可逆和不可逆过程
(3) 定熵过程方程式
可逆绝热过程方程式
注意:
适用条件: (1)理想气体 (2)定比热 (3)可逆 变比热时 K取 过程范围内的平均值
pv
k
= const
微 分
dp dv k 0 p v
11:55
三 音速与马赫数
(1) 音速 微小扰动在流体中的传播速度
(2) 绝热稳定流动能量方程
p1 T1 qm1 cf1
p2 T2 qm2 cf2
c c q (h2 h1) g ( z2 z1 ) ws 2
2 2 2 1
c c (h1 h 2) 2
2 2 2 1
注：增速以降低 本身储能为代价 适用于任何工质
c d dh 2