《氣體的一維定常流動(dòng)復(fù)習(xí)市公開(kāi)課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《氣體的一維定常流動(dòng)復(fù)習(xí)市公開(kāi)課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第六章 氣體一維定常流動(dòng),第1頁(yè),第1頁(yè),本章任務(wù)是討論完全氣體一維定常流動(dòng)，另外還討論一維定常等截面摩擦管流和等截面換熱管流。,第2頁(yè),第2頁(yè),第一節(jié) 氣體一維流動(dòng)基本概念,一、氣體狀態(tài)方程,熱力學(xué)溫度,流體內(nèi)能,熵,上述方程為熱狀態(tài)方程，或簡(jiǎn)稱(chēng)為狀態(tài)方程。,但凡滿足物質(zhì)狀態(tài)方程氣體稱(chēng)為完全氣體，依據(jù)此公式可定義一族完全氣體，每一個(gè)氣體都有一氣體常數(shù)。,第3頁(yè),第3頁(yè),二、比定容熱容和比定壓熱容,比定容熱容,比定壓熱容,兩者關(guān)系,單位質(zhì)量氣體溫度升高1K時(shí)所需熱量稱(chēng)為比熱容?？煞譃?比熱容比，再完全氣體，
2、又可稱(chēng)為等熵指數(shù)。,第4頁(yè),第4頁(yè),三、,熱力學(xué)過(guò)程,等溫過(guò)程,絕熱過(guò)程,等熵過(guò)程,常數(shù),或者,常數(shù),氣體內(nèi)能不變,與外界沒(méi)有熱互換,可逆絕熱過(guò)程稱(chēng)為等熵過(guò)程；等熵過(guò)程是對(duì)完全氣體而言若假設(shè)氣體沒(méi)有黏性，則沒(méi)有能量損失。,第5頁(yè),第5頁(yè),四、聲速和馬赫數(shù),聲速,是微弱擾動(dòng)波在彈性介質(zhì)中傳播速度；它是氣體動(dòng)力學(xué)一個(gè)主要參數(shù)，也是化分流動(dòng)狀態(tài)、衡量流體壓縮性大小一個(gè)主要依據(jù)。,活塞以微小速度dv向右運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生一道微弱壓縮波,流動(dòng)是非定常,選取與微弱擾動(dòng)波一起運(yùn)動(dòng)相對(duì)坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系,流動(dòng)轉(zhuǎn)化成定常了,第6頁(yè),第6頁(yè),由連續(xù)方程,略去二階微量,(1),由動(dòng)量方程,(2),由（1）、（2）得,聲速
3、公式,第7頁(yè),第7頁(yè),流體體積模量,代入聲速公式得,由等熵過(guò)程關(guān)系式以及狀態(tài)方程可得,代入聲速公式得,第8頁(yè),第8頁(yè),空氣,空氣中聲速,分析：聲速大小與流動(dòng)介質(zhì)壓縮性大小相關(guān),流體越容易壓縮,其中聲速越小,反之就越大,第9頁(yè),第9頁(yè),馬赫數(shù),流體流動(dòng)速度和當(dāng)?shù)芈曀俦戎?對(duì)于完全氣體,馬赫數(shù)通常還用來(lái)劃分氣體流動(dòng)狀態(tài)，表示氣體宏觀動(dòng)力學(xué)能與氣體動(dòng)力學(xué)能之比。,Ma,1,Ma,=1,Ma,1,亞聲速流,聲速流,超聲速流,第10頁(yè),第10頁(yè),第二節(jié) 微小擾動(dòng)在空氣中傳播,(a)氣體靜止不動(dòng),(b)氣流亞聲速流動(dòng),(c)氣流以聲速流動(dòng),(d)氣流超聲速流動(dòng),假如在空間某一點(diǎn)設(shè)置一個(gè),擾動(dòng)源,周?chē)鸁o(wú)任何
4、限制,則擾動(dòng)源發(fā)出擾動(dòng)波將以球面壓強(qiáng)波形式向四周八方傳播,其傳播速度為聲速.分四種情況討論。,第11頁(yè),第11頁(yè),由上述分析知，在超聲速流中，微弱擾動(dòng)波傳播是有界，界線就是馬赫錐。馬赫錐半頂角，即圓錐母線與來(lái)流速度方向之間夾角，用 表示，稱(chēng),馬赫角,。,其大小決定于氣流馬赫數(shù)。馬赫數(shù)越大，馬赫角越??；反之就越小。,第12頁(yè),第12頁(yè),當(dāng),Ma,=1時(shí)，90，達(dá)到馬赫錐極限位置，即圖（c）中AOB公切面，因此也稱(chēng)它為馬赫錐。當(dāng),Ma,1時(shí)，微弱擾動(dòng)波傳播已無(wú)界，不存在馬赫錐。,第13頁(yè),第13頁(yè),第三節(jié) 氣體一維定常流動(dòng)基本方程,氣體在流動(dòng)過(guò)程中應(yīng)遵循流體動(dòng)力學(xué)基本方程，假如考慮到氣體特殊性，又
5、含有一些特殊形式。本節(jié)解說(shuō)氣體動(dòng)力學(xué)分析中基本方程。,一維定常流連續(xù)性方程式,連續(xù)性方程,取對(duì)數(shù)后微分得,第14頁(yè),第14頁(yè),能量方程,由熱力學(xué),單位質(zhì)量氣體焓能夠表示為：,對(duì)于氣體一維定常絕熱流動(dòng)，質(zhì)量力能夠忽略，因此有,將上面公式代入,第15頁(yè),第15頁(yè),得,聲速公式,完全氣體狀態(tài)方程,等熵指數(shù)。,第16頁(yè),第16頁(yè),第四節(jié) 氣流三種狀態(tài)和速度系數(shù),氣體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有速度為零和以聲速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為了計(jì)算分析問(wèn)題起見(jiàn)，還假定一個(gè)熱力學(xué)溫度為零極限狀態(tài)。,在這三種狀態(tài)下，可推導(dǎo)出一些極具應(yīng)用價(jià)值公式；本節(jié)建立氣體在三種狀態(tài)下相關(guān)計(jì)算公式，并簡(jiǎn)介與此相關(guān)速度系數(shù)。,第17頁(yè),第17頁(yè),滯止?fàn)顟B(tài)：,
6、氣流速度等熵地滯止到零這時(shí)參數(shù)稱(chēng)為滯止參數(shù)，用凈參數(shù)符號(hào)加下標(biāo)“0”表示，如,p,0,、,0,、,T,0,等。,用滯止溫度表示聲速為,第18頁(yè),第18頁(yè),極限狀態(tài),：,極限狀態(tài)是一個(gè)假想狀態(tài)。設(shè)想氣體焓所有轉(zhuǎn)化為氣體宏觀運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，即靜壓和凈溫為零，氣流速度達(dá)到極限速度,v,max,，這一速度是氣流膨脹到完全真空所能達(dá)到最大速度。極限狀態(tài)也稱(chēng)為最大速度狀態(tài)。由能量方程式得,第19頁(yè),第19頁(yè),臨界狀態(tài),：,Ma,=1狀態(tài)，該狀態(tài)成為臨界狀態(tài)。臨界狀態(tài)參數(shù)可用凈參數(shù)符號(hào)加下標(biāo),cr,表示。,當(dāng)氣流達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，,v,cr,=,c,cr,，可得,或,第20頁(yè),第20頁(yè),氣體一維定常絕能流滯止焓是個(gè)
7、常數(shù)，得,據(jù)等熵關(guān)系式,總靜參數(shù)比,第21頁(yè),第21頁(yè),速度系數(shù),氣流速度與臨界聲速比值,當(dāng),v=v,max,時(shí),M,*,與,Ma,關(guān)系,第22頁(yè),第22頁(yè),第五節(jié) 氣流參數(shù)和通道截面之間關(guān)系,設(shè)無(wú)粘性完全氣體沿微元流管作定常流動(dòng),在該流管微元距離,dx,上,氣體流速由,v,變?yōu)?vdx,壓強(qiáng)由,p,變?yōu)?p+dp,質(zhì)量力能夠不計(jì),應(yīng)用牛頓第二定律,同除以壓強(qiáng)整理，并引入聲速公式,第23頁(yè),第23頁(yè),第24頁(yè),第24頁(yè),第25頁(yè),第25頁(yè),第26頁(yè),第26頁(yè),第六節(jié) 噴管流動(dòng)計(jì)算和分析,噴管慣用于一些動(dòng)力裝置，如汽輪機(jī)葉柵槽道、一些火箭和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等。,本節(jié)以完全氣體為研究對(duì)象，研究收縮噴管和
8、拉瓦爾噴管在設(shè)計(jì)工況下流動(dòng)問(wèn)題。,工程上慣用噴管有兩種：,一、收縮噴管,二、拉瓦爾噴管。,第27頁(yè),第27頁(yè),一、收縮噴管,列容器內(nèi)虛線面上和噴管出口能量方程,得,第28頁(yè),第28頁(yè),二、縮放噴管,流量,由連續(xù)方程求得,整理成,第29頁(yè),第29頁(yè),第七節(jié) 實(shí)際氣體在管道中定常流動(dòng),以上討論，并沒(méi)有考慮流體黏性影響。下面就氣體黏性原因，分析在不同熱力學(xué)過(guò)程中流動(dòng)參數(shù)改變規(guī)律、計(jì)算方法。討論工程中經(jīng)常碰到實(shí)際氣體在絕熱和等溫條件下流動(dòng)規(guī)律。,第30頁(yè),第30頁(yè),一、有摩擦一維定常絕熱管流,選取圖中所表示,dx,微元管段上流體作為研究對(duì)象。表面力包括上、下游斷面上總壓力，管子壁面上切應(yīng)力合力和壓強(qiáng)合力，作為氣體質(zhì)量力能夠忽略不計(jì),。,運(yùn)動(dòng)微分方程,整理并略去二階以上無(wú)窮小量有,第31頁(yè),第31頁(yè),由考慮摩擦運(yùn)動(dòng)微分方程式,按等溫過(guò)程 ,仿照絕熱流相關(guān)推導(dǎo)過(guò)程，能夠得到等溫管流壓降公式,二、實(shí)際氣體等溫管流,工程中經(jīng)常有氣體在長(zhǎng)管道中作低速流動(dòng)情況,這種情況下氣體和周?chē)h(huán)境能夠進(jìn)行充足熱互換,整個(gè)管道氣體溫度能夠當(dāng)作常數(shù)處理,流動(dòng)可看作等溫流動(dòng)。,第32頁(yè),第32頁(yè),
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