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1、化学工业出版社化学工业出版社 Chapter 7 气体与蒸汽的流动气体与蒸汽的流动 本本章章讨讨论论的的主主要要问问题题:气气体体和和蒸蒸汽汽流流经经管管道道的的过过程程中中，能能量量的的传递和转换的规律问题以及喷管、扩压管的选用问题。传递和转换的规律问题以及喷管、扩压管的选用问题。本章讨论的范围本章讨论的范围:气体和蒸汽的一元稳定流动。气体和蒸汽的一元稳定流动。 一一元元稳稳定定流流动动:是是指指流流体体中中各各参参数数(包包括括流流速速等等)只只沿沿着着流流动动方方向即管道的轴向作连续变化的流动。向即管道的轴向作连续变化的流动。7.1 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程 一、一、连续性方
2、程式连续性方程式 1化学工业出版社化学工业出版社 7.1 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程二、稳定流动能量方程式二、稳定流动能量方程式 h0滞止焓或总焓，即流体流速为零时的焓，滞止焓或总焓，即流体流速为零时的焓，kJ/kg。若以某参考态若以某参考态T0为基准为基准, ,并假定并假定cp不变且为常数不变且为常数, ,则则: : 例例如如:取取cp=1000J/(kg K),则则当当C1=120m/s时时,T0T1之之间间的的误误差差仅为仅为0.00050.2,完全可忽略完全可忽略T0T1之间的误差。之间的误差。 但当但当C1音速音速(340m/s)时时, ,T0T1之间的误差可达之间的误差可
3、达57.8； 第一宇宙速度第一宇宙速度, ,7.91km/s时时,T0T1之间的误差可达之间的误差可达31284 2化学工业出版社化学工业出版社 7.1 稳定流动的基本方程稳定流动的基本方程二、稳定流动能量方程式二、稳定流动能量方程式 三、过程方程式三、过程方程式 理想气体可逆绝热过程的过程方程理想气体可逆绝热过程的过程方程 3化学工业出版社化学工业出版社 7.2 喷管与扩压管喷管与扩压管 一、基本概念一、基本概念(一一)喷管喷管1.喷喷管管的的概概念念:利利用用其其截截面面积积的的变变化化和和流流体体压压力力的的下下降降而而使使流流体体加速的管道。加速的管道。 2.喷管的形状喷管的形状(1
4、1)渐缩形喷管渐缩形喷管;(2 2)渐扩形喷管渐扩形喷管;(3)渐缩渐扩形喷管。渐缩渐扩形喷管。3.喷管的用途喷管的用途:各类设备中的喷嘴各类设备中的喷嘴, ,如蒸汽轮机、燃气轮机等。如蒸汽轮机、燃气轮机等。(二二)扩压管扩压管1.扩扩压压管管的的概概念念:利利用用其其截截面面积积的的变变化化和和流流体体流流速速的的下下降降而而使使流流体压力升高的管道。体压力升高的管道。2.扩压扩压管的形状管的形状(1 1)渐缩形喷管渐缩形喷管;(2 2)渐扩形喷管渐扩形喷管;(3)渐缩渐扩形喷管。渐缩渐扩形喷管。3.扩压扩压管的用途管的用途:应用于叶轮式压缩机、鼓风机和泵等设备中。应用于叶轮式压缩机、鼓风机
5、和泵等设备中。 实实际际生生产产中中, ,还还利利用用了了喷喷管管、扩扩压压管管两两者者的的特特点点, ,组组合合成成了了喷喷射泵射泵( (又称引射器又称引射器) )类的设备。类的设备。 4化学工业出版社化学工业出版社 7.2 喷管与扩压管喷管与扩压管 二、气流流速改变的力学条件二、气流流速改变的力学条件 dh+CdC=0结合绝热可逆结合绝热可逆dh=dq+vdp力学条件：力学条件： CdC=vdp(7-4)讨讨论论:）要要使使dC0,即即使使流流体体增增速速,条条件件是是dp0,即即要要使使流流体体减减压；（喷管原理）压；（喷管原理） ）要要使使dp0,即即使使流流体体加加压压,条条件件是是
6、dC0,即即要要使使流流体体减减速；（扩压管原理）速；（扩压管原理）三、气流流速改变的几何条件三、气流流速改变的几何条件5化学工业出版社化学工业出版社 7.2 喷管与扩压管喷管与扩压管 力学条件：力学条件： CdC=vdp(7-4)三、气流流速改变的几何条件三、气流流速改变的几何条件6化学工业出版社化学工业出版社 7.2 喷管与扩压管喷管与扩压管 四、喷管与扩压管的其它用途四、喷管与扩压管的其它用途 联联合合使使用用组组成成用用途途独独特特的的设设备备喷喷射射泵泵或或称称蒸蒸汽汽引引射射器器，用来压缩低压气体或将设备抽成具有一定真空度的负压设备。用来压缩低压气体或将设备抽成具有一定真空度的负压
7、设备。 三个压力之间的关系三个压力之间的关系: p1p3p2 7化学工业出版社化学工业出版社 7.3 有摩阻的绝热流动有摩阻的绝热流动 一一、有有摩摩阻阻的的绝热流流动与与定定熵流流动在温在温熵(T-s)图上的表示上的表示12:为为可可逆逆绝绝热热膨膨胀胀过过程程即即定定熵熵膨膨胀胀过程过程;12 :为不可逆绝热膨胀过程。为不可逆绝热膨胀过程。二二、有有摩摩阻阻的的绝热流流动与与定定熵流流动的区的区别 h 2h2、 T 2T2 C 2C2 、v 2v2、s 2s2假定假定C1=0 C 2C2 8化学工业出版社化学工业出版社 7.3 有摩阻的绝热流动有摩阻的绝热流动 三、喷管效率三、喷管效率（
8、n）(一一)喷喷管管效效率率的的定定义义:在在相相同同的的初初始始状状态态和和终终态态压压力力下下, ,实实际际流流动动过过程程喷喷管管出出口口气气流流的的动动能能和和定定熵熵流流动动过过程程喷喷管管出出口口气气流流的的动动能能之之比比值值。它它是是衡衡量量喷喷管管中中能量转换完善程度的指标之一能量转换完善程度的指标之一 。(二二)喷管效率的喷管效率的计算式计算式(三三)其它表示方法其它表示方法1.速度系数速度系数( (流速系数流速系数):):(1)定义定义:喷管实际出口流速喷管实际出口流速C 2与定熵流动的出口流速与定熵流动的出口流速C2之比值。之比值。(2) 表达式表达式2.能量损失系数能
9、量损失系数 (1)定义定义:实际流动过程中损失的动能与理想流动过程中喷管出口的动能实际流动过程中损失的动能与理想流动过程中喷管出口的动能( (也也称理想焓降称理想焓降) )之比值之比值 。(2) 表达式表达式9化学工业出版社化学工业出版社 7.3 有摩阻的绝热流动有摩阻的绝热流动 应用说明应用说明( (以以水蒸汽为例水蒸汽为例) ): 如图如图7-4所示所示(1)已知已知p1、t1状态状态1 h1(2)自自点点1向向下下作作垂垂线线与与定定压压线线p2的交点即为定熵膨胀终点的交点即为定熵膨胀终点2(3)(h1h2)为理想焓降为理想焓降 实际出口焓值为实际出口焓值为: h 2= h1 n(h1h
10、2)(4)(4)以以h 2的的定定焓焓线线交交定定压压线线p2于于2 实际出口状态实际出口状态2 点点 t 2、v 2、x 2 10化学工业出版社化学工业出版社 7.4 绝热节流绝热节流 一、一、绝热节流的概念绝热节流的概念 流体流经管路中的局部阻力装置流体流经管路中的局部阻力装置时发生压力突降的现象。时发生压力突降的现象。二、方程二、方程 节流过程中节流过程中, ,q=0、ws=0、g Z=0截截面面1-1、2-2,流流动动状状态态相相对稳定对稳定,即即C1C2,故故: h1= h2 (7-11a)或或 h=0 (7-11b) 三、节流效应三、节流效应(JouleThomson) 1.理想气
11、体理想气体:T2=T1 (7-12) 2.真实气体真实气体:11化学工业出版社化学工业出版社 7.4 绝热节流绝热节流 四、节流的工程应用四、节流的工程应用 1.调节压力、流量调节压力、流量,调节汽轮机功率调节汽轮机功率;2.利用节流的冷效应进行制冷利用节流的冷效应进行制冷;3.利用节流孔板前后的压差测量流体的流量利用节流孔板前后的压差测量流体的流量;4.测量湿蒸汽的干度。测量湿蒸汽的干度。 现现有有1.5MPa的的湿湿蒸蒸汽汽在在量量热热计计中中被被节节流流到到0.1MPa和和403.15K，试试求求该该湿湿蒸蒸汽的干度？汽的干度？步骤步骤1:由由p1= =1.5MPa查得查得:hg=2792.2kJ/kg、hl=844.89kJ/kg步骤步骤2:由由p2=0.1MPa、t2=130,查得查得:h2=2736.5kJ/kg、h1=h2=2736.5kJ/kg步骤步骤3:由由M=M (1x)+M x得得:h2=hl(1x1)+hg x1x1=0.971412
