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1、第10章 蒸气的流动蒸气的流动 本章重点 l工质稳定流动的基本方程式; l工质在喷管中的定熵流动; l绝热节流及其应用。 10-1 稳定流动的基本方程式 定义：稳定流动是只开口系统内每一点的热 力参数与运动参数都不随时间变化的流动过 程。 本章只讨论一维稳定流动，即管道内垂 直于轴向的任一截面上的各种参数值都均匀 一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发 生变化。 一、连续性方程式 l 由质量守恒定律知，在稳定流动过程中， 流道内各截面处的质量流量都相等： l 此式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳 定流动过程。 二、稳定流动的能量方程式 l 根据热力学第一定律等出稳定流动的能量方程式为： 也可表
2、示为： 不作轴功的绝热稳定流动过程中，工质动能的增 加等于其焓降。 三、过程方程式 l工质在管内绝热稳定流动时，若忽略摩擦和扰动，则 可视为可逆绝热流动，过程方程式为： 过热蒸汽：k=1.30 干饱和蒸汽：k=1.135 湿饱和蒸汽：k=1.035+0.1x 10-2 工质在喷管中的定熵流动 一、声速和马赫数 1、音速：声音（即微小振动）的传播速度。 当地声速：某一特定状态（如p,v,t时）下的声速，用 a表示。 2、马赫数：气体流速与当地声速的比值。 根据马赫数的大小，将流动分为三种： M1，即ca，为亚音速流动； M1，即ca，为超音速流动； M1，即ca，为音速流动或临界流动。 二、流速
3、变化和喷管截面变化的关系 l 对定熵过程，可推得： cdc=-vdp 1. 气流速度增加(dc0)，必导致气体的压力下降(dp0)，这就是 喷管中的流动特征； 2.气体速度下降(dc0)，这就 是扩压管中的流动特征。 l喷管截面与流速变化关系式： 1、喷管（降压增速） 渐缩喷管：当进入喷管的气流速度是M 1的亚声速气流时，则沿气流方向 喷管截面积必须逐渐缩小。 渐扩喷管：当进入喷管的气流是M1的 超音速气流时，则沿气流方向喷管 截面逐渐扩大。 渐缩渐扩喷管：将M1的亚声速气流增 大到成为M1的超声速气流，则喷 管截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。 收缩与扩张之间的最小截面处称为 喉部。 cf p A
4、 cf p A cf p A 2、扩压管（减速增压） 渐缩扩压管：当进入扩压管的气流速度是M1的超声速 气流时，则沿气流方向扩压管的截面积应逐渐缩小 。 渐扩扩压管：当进入扩压管的气流是M1的亚声速气流 时，则气流方向扩压管的截面积应逐渐扩大。 渐缩渐扩扩压管：气流的速度在扩压管中由M1的超声 速一直降低到M1的亚声速，则扩压管截面由逐渐 缩小转为逐渐扩大。 三、临界参数 临界截面：Ma1的涯声速流动与Ma1的超声速流动 的转折点，又称喉部。此处的参数称为临界参数。 临界流速是渐缩喷管可能达到的最大出口速度，也 是缩放性喷管喉部的速度。 理想气体的临界流速： 10-3 喷管的计算 一、流量计算
5、 1.渐缩喷管：如出口截面处的流速为v2，比容为c2， 出口截面积为f2，则由连续性方程可得： /s 最大流量为： /s 2. 渐缩渐扩喷管： /s 二、临界压力比 临界压力Pcr与进口压力P1之比为临界压力比。 过热蒸汽： 干饱和蒸汽： 三、流速的计算 出口流速： 临界流速： 四、喷管内有摩擦阻力的绝热流动 速度系数： 能量损失系数系数： 10-4 绝热节流及其应用 一、绝热节流的概念 流体在管道中流过突然缩小的截面，而又未及 与外界进行热量交换的过程。 二、绝热节流的一般分析 1、过程的基本特性 h1h2 2、节流过程分析 1.理想气体 节流后，焓不变、温度不变、压力降低 、比容增大，由于是不可逆绝热过程，节 流后熵的值增大。 2. 实际气体 节流前后焓不变，但温度有三种可能，即 升高、不变或降低。 绝热节流引起的温度变化，称绝热节流 温度效应。节流后温度升高，称为热效应； 节流后温度降低，称为冷效应；节流前后温 度不变，称为零效应，所有理想气体都是零 效应。 三、实际应用 1、利用节流降低工质的压力 2、利用节流测定蒸汽的流量 3、利用节流减少汽轮机汽封系统的蒸汽泄漏量。 4. 利用节流调节汽轮机的功率
