第5章气体流动和压缩.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第5章气体流动和压缩,一元稳定流动,连续方程,截面1,q,m1,v,1,A,1,c,1,截面2,q,m2,v,2,A,2,c,2,任意截面,q,m,v,A,c,q,m,质量流量,kg/s;v-比体积,m,3,/kg;c流速,m/s;A截面积,m,2,体积流量,=常数（稳定流动时）,=常数（连续方程）,课堂练习,P133：,习题5-1,v,一元稳定流动,能量方程,对喷管和扩压管,适用于任何工质的绝热稳定流动,可逆和不可逆过程都适用,一元稳定流动,动量方程,p,P+dp,dF,f,dx,dA,由牛顿第二定律,动量方程,不考虑粘性摩擦,其它方程,状态方程,实际气体：查表求,p,v,T,理想气体,过程方程,无摩擦时即定熵过程,定熵指数，理想气体,，,音速方程,对理想气体,课堂练习,P133：,习题5-2,喷管,喷管是利用压力降低使流体增速的管道。,喷管流动特点,流速高,距离短,做绝热处理,学习要求,气流截面变化原因,喷管设计和校核计算,滞止参数的概念,喷管流速与截面变化的关系,=常数,动量方程,音速方程,当地声速,0,Ma1(,超音速),喷管渐放,?,Ma=1,思考题,教材P132:,2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液体加速吗?,不能使液体加速.液体dv=0,不能导出此公式.,如果将Ma1的超音速气流该怎么办?,喉部,临界流速,缩放喷管,拉伐尔喷管,瑞典人拉伐尔1883年在蒸汽涡轮机上应用的喷管。,扩压管,扩压管的目的是是气体减速(dc0).,渐扩扩压管,渐缩扩压管,思考题,教材P132:,3.在亚音速和超音速气流中,下列3种管道适宜做喷管还是扩压管?,比较,喷管,Ma1,喷管渐放,Ma1,扩压管,Ma1,扩压管渐缩,Ma1,Ma1,第16次课结束,气体流经喷管的速度和流量,滞止参数：,流速为0时的参数；将具有一定速度的气流在定熵下扩压，使其速度降低为0，,此时的参数为滞止参数。用“*”表示,用途：,为方便计算，作为喷管进口的数据。,气体由滞止状态进入喷管,定比热理想气体,适用于绝热流动，任何工质，是否可逆都适用,对无摩擦的绝热流动，由动量方程,定比热理想气体,临界流速（喉部流速）,临界压力比,单原子气体，,双原子气体，,多原子气体，,过热水蒸气，,饱和水蒸气，,临界压力比,临界流速（喉部流速）,流量和最大流量,稳定流动，通常按喉部参数计算流量,只适用于定熵流动,滞止参数,滞止焓,滞止温度,滞止压力,滞止比体积,喷管背压,喷管出口的压力称为背压。,p,1,p,2,p,b,渐缩喷管是提速降压的，压力由p,1,降为p,2,后喷出，其中p,2,的最小值为p,c,（此时速度最大），当出口压力（背压）大于p,c,时，也就是速度没提到音速，此时p,2,=p,b,；当p,b,p,c,，由于p,2,最小降为p,c,，则p,2,=p,c,思考题,教材P132,4.,作业,教材P133,5-4，5-5 选做,5-6，5-7 必做,本次课结束,例题5-1,空气进入某缩放喷管时的流速为300m/s，压力为0.5MPa，温度450K,求：各滞止参数以及临界压力和临界流速。若出口截面压力为0.1MPa，则出口流速和出口温度各为多少？（按定比热理想气体计算，不考虑摩擦？,例题5-1,解：空气有关参数，查表,0,=1.4,c,p0,=1.005 kJ/(kg.K),R,g,=0.2871 kJ/(kg.K),例题5-1,空气理想气体，,0,=1.4,例题5-1,若题意为渐缩管而不是缩放管，那么出口流速是多少？,由于出口截面压力小于临界压力，因此P,2,=P,c,c,2,=c,c,例5-2,试设计一喷管,流体为空气,已知P*=0.8MPa,T*=290K,喷管出口压力p,2,=0.1MPa,流量q,m,=1kg/s(按定比热理想气体计算,不考虑摩擦),例5-2,解:对空气,0,=1.4,缩放形喷管,Why?,例5-2,出口截面,喉部截面,例5-2,喷管设计为圆形,喉部及出口直径:,L,D,min,D,2,取渐放段锥角为10,理论压气功(,可逆过程),指什么功,目的：,研究,耗功,，,越少越好,活塞式压气机的压气过程,技术功,w,t,(1)、,特别快，来不及换热。,(2)、,特别慢，热全散走。,(3)、,实际压气过程是,可能的压气过程,s,T,n,三种压气过程的参数关系,压气机消耗的功,活塞式压气机的压缩过程接近多变过程,对理想气体的多变压缩,定温压缩及定比热定熵压缩过程,压气机消耗的功计算公式见教材P126.,活塞式压气机的余隙影响,避免活塞与进排气阀碰撞，留有,空隙,余隙容积,压缩过程,排气，状态未变,残留气体膨胀,进新气，状态未变,活塞式压气机的余隙影响,活塞排量,研究,V,C,对,耗功,和,产气量,的影响,新气量,产气量,有效吸气容积,余隙容积,V,C,对理论压气功的影响,设,1,2,和,43,两过程,n,相同,功,面积,12341,面积,12561,面积,43564,余隙容积,V,C,对理论压气功的影响,余隙对单位产气量耗功不影响,余隙容积,V,C,对产气量的影响,定义,容积效率,令,余隙比,工程上一般,3%,8%,余隙容积,V,C,对产气量的影响,讨论：,（1）一定，,c,（2）,c,和,n,一定，,极限,余隙影响例题,已知：,求,（1）,有余隙时的,排气量,和,耗功,（2）,无余隙时的,排气量,和,耗功,解：,（1）,有效容积,V,h,例题(1)有余隙影响,余隙影响例题,解：（2）,无余隙时的,排气量,和,耗功,本次结束,三种压气过程功的计算,最小,重要启示,分级压缩中间冷却,两级压缩中间冷却分析,有一个最佳增压比,省功,最佳增压比的推导,省功,最佳增压比的推导,省功,欲求,w,分级,最小值，,最佳增压比的推导,省功,w,分级,最小值，,最佳增压比,可证明,若m级,分级压缩的其它好处,润滑油要求,t160,180,高压压气机必须分级,分级压缩的级数,省功,分级,降低出口温,多级压缩达到,无穷多级,(1),不可能实现,(2),结构复杂(成本高),所以，一般采用,2 4,级压缩,T,例题,例5-3,5-4,此题很简单,直接套用公式计算压气机的参数,要求课外自学,作业,教材P133,5-10,5-11 自选1题,本章课结束,本章到此结束,压气机的设计计算,需要压气机，想设计一台,已知：,要求：配马达功率，,出口温度,。,？,s,n,？,根据经验，有无冷却水套,假定 ，理论功,s,压气机的设计计算,实际过程有摩擦,机械效率,经验值,70,压气机的校核计算,已有压气机，实测,要求：压气机效率,太低，则压气机报废或修理,