第 10 章

1. 第10章 蒸气的流动

2. 本章重点 • 工质稳定流动的基本方程式; • 工质在喷管中的定熵流动; • 绝热节流及其应用。

3. §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。

4. 一、连续性方程式 • 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： • 此式适用于任何工质的可逆或不可逆的稳定流动过程。

5. 二、稳定流动的能量方程式 • 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。

6. 三、过程方程式 • 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

7. §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： M＜1，即c＜a，为亚音速流动； M＞1，即c＞a，为超音速流动； M＝1，即c＝a，为音速流动或临界流动。

8. 二、流速变化和喷管截面变化的关系 • 对定熵过程，可推得： cdc=-vdp 1. 气流速度增加(dc>0)，必导致气体的压力下降(dp<0)，这就是喷管中的流动特征； 2.气体速度下降(dc<0)，则将导致气体的压力升高(dp>0)，这就是扩压管中的流动特征。 • 喷管截面与流速变化关系式：

9. 1、喷管（降压增速） cf↑ p↓ A↓ 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M＞1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M＜1的亚声速气流增大到成为M＞1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↑ cf ↑ p↓ A↓↑

10. 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M＞1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M＜1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M＞1的超声速一直降低到M＜1的亚声速，则扩压管截面由逐渐缩小转为逐渐扩大。

11. 三、临界参数 临界截面：Ma＜1的涯声速流动与Ma＞1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：

12. §10-3 喷管的计算 一、流量计算 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 

13. 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：

14. 三、流速的计算 出口流速： 临界流速：

15. 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：

16. §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 h1＝h2 2、节流过程分析

17. 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。

18. 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。

19. 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