第六章气体与蒸汽的流动

课堂作业09_第六章气体与蒸汽的流动

班级姓名学号得分

一、填空题（每空1分，共16分）

1.工质在绝热不做轴功的流动过程中，气体动能的增加等于气流的焓降。

2. 气体在绝热流动过程中，因受到某种物体的阻碍而流速降为零的过程称为绝热滞止过程。

3. 滞止温度要高于气流温度，滞止压力高于气流压力，且气流速度越大，这种差别越大。

4. 气体的流速与当地声速的比值称为马赫数，用符号 Ma 表示。

5. 气流的速度小于当地声速，称为亚声速；气流的速度大于当地声速，称为超声速。

6. 喷管内气体的流速变化与压力p和截面积A有关。

7. 气体流经喷管，流速增大的必要条件是喷管进出口截面上存在压力差。

8. 渐缩形喷管出口截面上气体的流速c f2,max = c。

9. 气体从亚音速进入渐扩形喷管使气流减速增压。

10．气体从超音速进入渐缩形喷管使气流减速增压。

11. 流体在管道内流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低的现象称为节流现象。

二、判断题（每题1分，共7分）

1.声速不是一个固定的常数，而是与气体性质有关的状态参数。

（√）

2.缩放型喷管的临界截面为出口截面。（×）

3.渐缩型喷管按出口截面计算流量。（√）

4.缩放型喷管按喉部截面计算流量。（√）

5.气体的流量与喷管出口截面积、气体滞止参数及出口截面上的压力p2 有关。

（√）

6.当出口截面积A2 及初参数一定时，流量决定于喷管出口截面压力与滞止压力

之比。（√）

7.节流过程是可逆过程。（×）

三、填空题。（共12分）

1. 将下表填写完整。

习题1-级的热力计算过程

习题1:级的热力计算过程例已知汽轮机转速n=3000rpm，流过该级的蒸汽量G=16.67kg/s，某冲动级中级的平均直径d m=1.44m，级前蒸汽压力P0=0.098MPa，干度x0=0.99，流入该级的蒸汽初速C0=91.5m/s。级的理想比焓降为Δh t=125.6kJ/kg，级的平均反动度Ωm=0.2，叶顶反动度Ωt=0.24，喷嘴出汽角α1=19o。隔板汽封采用平齿汽封，汽封齿的平均直径d p=200mm，汽封间隙=0.5mm，齿数=2，动叶顶当量间隙=2mm，余速利用系数=0.85试求： ①进行喷管热力计算，确定喷管通流面积和叶高； ②进行动叶热力计算，确定动叶通流面积和高度； ③画出该级的进出口速度三角形； ④计算级的内效率和内功率； ⑤画出级的热力过程线。解：根据已知条件求得：级的圆周速度：级前蒸汽初始动能：级的滞止理想比焓降：喷嘴的滞止理想比焓降：动叶的理想比焓降：由焓熵图可查得：级前滞止压力=0.1Mpa,喷嘴后压力=0.054MPa级前滞止焓 =2656kJ/kg，级前滞止比体积，喷嘴出口理想比体积，级后压力=0.044MPa。 1.喷嘴热力计算等熵指数：临界压比：

喷嘴压比：因为<，可知汽流在喷嘴的斜切部分发生膨胀。喷嘴临界压力：由焓熵图可查得喷嘴临界状态参数：，喷嘴出口汽流理想速度：取喷嘴速度系数，则喷嘴出口汽流实际速度为喷嘴临界速度：因为喷嘴出口压力，喷嘴斜切部分中汽流产生膨胀，发生偏转，则喷嘴汽流出口角应为喷嘴出口角加上汽流偏转角，其正弦为喷嘴出口汽流角：根据之值可查得喷嘴流量系数隔板漏气量：流经喷嘴的流量：喷嘴叶栅流通面积：喷嘴叶片高度：喷嘴损失：喷嘴出口实际比焓值：由焓熵图可查得喷嘴出口实际比体积: 2.动叶栅热力计算

chapter8 气体与蒸气的流动

例题８－１由不变气源来的压力1 1.5MPa p =，温度127C t =?的空气，流经一喷管进入压力保持在b 0.6MPa p =的某装置中，若流过喷管的流量为3kg/s ，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？若来流速度f 1100m/s c =，其他条件不变，则喷管出口流速及截面积为多少？解（１）这是一典型的喷管设计问题，可按设计步骤进行。求滞止参数因f 1c =0，所以初始状态即可认为是滞止状态，则 1001,300K p p T T === 选型 . b cr 00.6MPa 0.40.5281.5MPa p p γ==<= 所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选缩放喷管，则2b 0.6MPa p p ==。求临界截面及出口截面参数（状态参数及流速） cr cr 00.528 1.5MPa 0.792MPa p p γ==?= (1)/0.4/1.4 cr cr 000.792MPa ()300K ()250.0K 1.5MPa k k p T T p -==?= cr 3cr 6 cr f,cr cr 287J/(kg K)250.0K 0.09059m /kg 0.79210Pa 1.4287J/(kg K)250.0K 316.9m/s g g R T v p c kR T ??= = =?==???= 或 f,cr 0cr 2()p c c T T = - 2b (1)/0.4/1.4 22002326 2 f 2020.6MPa 0.6MPa ( )300K ()230.9K 1.5MPa 287J/(kg K)230.9K 0.1104m /kg 0.610Pa 2()21004J/(kg K)(300230.9)K k k g p p p p T T p R T v p c c T T -====?=??= ==?=-=???- 372.6m/s = (4)求临界截面积和出口截面积及渐扩段长度

第二章汽轮机级内能量转换过程

第二章汽轮机级内能量转换过程第一节汽轮机级的基本概念一汽轮机的级、级内能量转换过程 1，汽轮机的级：是由一组安装在喷嘴汽室或隔板上的静叶栅和一组安装在叶轮上的动叶栅所组成，它是汽轮机作功的最小单元。 2，级内能量转换过程：具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。华中科技大学能源与动力工程学院 3，冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离汽轮机低压转子（含动叶栅） 0* 0' 1 s h 2 p2 p1 p0* p0 Δht* Δhn* Δh’b Δhb

4，反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。蒸汽对动叶栅的作用力二反动度（在第6页补上字母）为了描述蒸汽通过汽轮机某一级时在动叶通道中的膨胀程度大小，通常用反动度来描述。反动度等于蒸汽在动叶通道中膨胀时的焓降和在整个级的理想焓降之比，即 (1 - 1) 称为级的平均反动度，即平均直径上的反动度。蒸汽通过级的热力过程曲线用图1-3表示。其中，、、分别为喷嘴前、动叶前、后的蒸汽压力，为喷嘴前的滞止压力。、和分别为级的滞止焓降、喷嘴的滞止焓降、动叶的焓降。三冲动级和反动级在第7页补上字母（一）冲动级的三种不同形式 1，纯冲动级说， = 、 = 0 、 = ，蒸汽流出动叶的速度C 具有一定的动能，由于未被利用而损失，称为余速损失，用表示。 2 ，带反动度的冲动级 = 0.05 0.20 ) ，称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。 b n b t b m h h h h h ?+??≈??=Ω* ***)1(t m n h h ?Ω-=?*t m b h h ?Ω=? 0* 0' 1 s h 2 p2 p1 p0* p0 Δht* Δhn* Δh’b Δhb

9 气体与蒸汽的流动 (1)

第九章气体与蒸汽的流动一、是非题 1．在绝热流动中欲使气流增速必须降压（），反过来，流道中有压降一定能使气流增速（）。 2．在稳定流动过程中，流体的状态变化过程可看作准平衡过程。（） 3．稳定流动的连续性方程可普遍适用于稳定流动过程，而不论流体（液体和气体）的性质如何，或过程是否可逆。（） 4．定熵流动特性方程(9–11)适用于理想气体的可逆绝热流动过程。（） 5．在定熵流动中欲使气流达到超声速必须采用缩放喷管（），流体流经缩放流道一定能达到超声速（）。 6．声速是一个常数，在流道中每一截面处的声速均相同（），热空气中的声速比冷空气中大（）。 7．临界压力比 1 cr1 2+ ?? ? ? ? ? + = γ γ γ v 中的无论对于理想气体或水蒸气均有V p c c = γ （）。 8．只要喷管进、出口的压力比v小于临界压力比v cr，不论使用什么形状的喷管均能达到超声速（）。 9．流体在直管中不可能达到超声速（），流体在直管中作绝热流动时不可能达到超声速（）。 10．初参数相同的气体分别进入一渐缩喷管及一缩放喷管作完全膨胀，已知二者的最小截面面积相同，则通过两个喷管的质量流率是相同的（）。 11．在定熵流动中，对应任一截面的滞止参数都是相同的（）。二、选择题 1．在定熵流动中若喷管进口处气流流速低于当地声速，要让气流增速需要选择

或，要使气流升压需要选择，当进口流速高于当地声速时，欲使之增速速或增压，分别应选择及。 (a)渐缩管；(b)渐扩管；(c)缩放管 2．在喷管流动计算中管形选择和判断中最方便的办法是用。 (a)马赫数Ma；(b)临界压力比cr ；(c)当地声速 3．气体在渐缩喷管A及缩放喷管B中作定熵流动，实现完全膨胀，已知二者进口参数相同，喷管B的渐缩段尺寸与喷管A相同，喷管A出口速度等于当地声速，则 (i) A m B m ；(ii)喉部p tA p tB；(iii)流速c A出 c Bt；(iv) p A出 p B出； (v) c A出 c B出。 (a)大于；(b)等于；(c)小于； 4．在进、出口参数不变的情况下在拉伐尔喷管后使管长加长一段，其出口流速将，其流量将。若切去一段，出口流速将，流量将。若为渐缩管则分别为。 (a)增加；(b)减小；(c)不变 5．定熵流动特性方程(9–11)适用于。 (a)任意气体的可逆绝热流动过程；(b)理想气体的可逆绝热流动过程；(c)任意气体的任意流动过程 6．喷管设计计算时的已知条件是，需确定的是，校核计算的已知条件是，需要确定的是。 (a)进、出口参数；(b)喷管尺寸；(c)气体流量；(d)喷管出口流体的流速。 7．对理想气体而言喷管流动的计算多采用，而对水蒸汽最为方便的是采用。 (a)解析式；(b)物性表；(c)h-s图。

第9章气体与蒸汽的流动

第九章气体与蒸汽的流动 9．1 稳定流动的基本方程 (1) 9．1．1 稳定流动质量守恒方程（连续性方程） (2) 9．1．2 稳定流动能量方程 (3) 9．1．3 熵方程 (3) 9．1．4 状态方程 (3) 9．2 定熵流动的基本特性 (4) 9．2．1 定熵流动的特性方程 (4) 9．2．2 当地声速和马赫数 (5) 9．3 气体在喷管和扩压管中的流动 (7) 9．3．1 速度变化与状态变化的关系 (7) 9．3．2流速变化、状态变化与流道截面积变化的关系 (8) 9．4 喷管中气体流动的计算 (9) 9．4．1 喷管的设计计算 (10) 9．4．2 喷管的校核计算 (18) 9．5 水蒸汽在喷管中的定熵流动 (22) 9．5．1 设计计算 (23) 9．5．2 校核计算 (24) 9．6 有摩擦的绝热流动与绝热节流 (26) 9．6．1 有摩擦的绝热流动 (26) 9．6．2 绝热节流 (30) 9．1 稳定流动的基本方程流动过程在工程上常有出现，例如气轮机中气体流经喷管使其流速增加的过程，叶轮式压气机中气流经过扩压管使其减速增压的过程等等。由于气体在流动过程中伴有工质热力状态的变化，有热力学能参与能量转换，因此，对这种热流体的流动过程的研究也属于工程热力学研究的范畴，特别是在热能工程上具有重要的实践意义。流体流动状况的变化是以流速的变化为标志的，根据能量守恒原理，流速变化必然意味着流动过程中有能量的转换和流体热力状态的变化。另一方面，流体在流道内的流动还

必须遵循质量守恒原理，因此，流动速度与流道的尺寸有关，其速度变化需要流道尺寸的配合。为了实现预期的流动，这两方面都是必须考虑的。

饱和水蒸气的性质

常用气体密度的计算常用气体密度的计算 1．干空气密度密度是指单位体积空气所具有的质量, 国际单位为千克/米3（kg/m3），一般用符号ρ表示。其定义式为：ρ = M/V (1--1) 式中 M——空气的质量，kg； V——空气的体积，m3。空气密度随空气压力、温度及湿度而变化。上式只是定义式，通风工程中通常由气态方程求得干、湿空气密度的计算式。由气态方程有： ρ=ρ0*T0*P/P0*T (1--2) 式中：ρ——其它状态下干空气的密度，kg/m3； ρ0——标准状态下干空气的密度，kg/m3； P、P0——分别为其它状态及标准状态下空气的压力，千帕（kpa）； T、T0——分别为其它状态及标准状态下空气的热力学温度，K。标准状态下，T0=273K，P0=101.3kPa时,组成成分正常的干空气的密度ρ 0=1.293kg/m3。将这些数值代入式（1-2），即可得干空气密度计算式为： ρ= 3.48*P/T (1--3) 使用上式计算干空气密度时，要注意压力、温度的取值。式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t, t为空气的摄氏温度（℃）。 2．湿空气密度对于湿空气，相当于压力为P的干空气被一部分压力为Ps的水蒸汽所占据，被占据后的湿空气就由压力为Pd的干空气和压力为Ps的水蒸汽组成。根据道尔顿分压定律，湿空气压力等于干空气分压Pd与水蒸汽分压Ps之和，即：P=Pd+Ps。根据相对湿度计算式，水蒸汽分压Ps=ψPb，根据气态方程及道尔顿的分压定律，即可推导出湿空气密度计算式为： ρw=3.48*P(1-0.378*ψ*Pb/P)/T (2--1) 式中ρw ——湿空气密度,kg/m3； ψ——空气相对湿度，%； Pb——饱和水蒸汽压力，kPa(由表2-1-1确定)。其它符号意义同上。

第一章汽轮机级的工作原理-第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程

第二节蒸汽在喷嘴和动叶通道中的流动过程在第一节中介绍了级的工作过程。本节主要分析蒸汽流经喷嘴和动叶通道过程中，对级的工作特性有重要影响的通流特性、通流能力和流动效率问题。一、蒸汽在喷嘴中的膨胀过程 (一)喷嘴出口汽流速度蒸汽在喷嘴通道中的理想膨胀过程如图1.1.4中的线段01’所示。当喷嘴前的蒸汽参数及初速0c 为已知时，则 02 00 002 c c h h h h δ=+=+ (1.2.1) 将式(1．2．1)代入式(1．1．16)，因为喷嘴是固定的，不对外做功，w=0,则喷嘴理想出口速度1t c 为 1t c ====理想气体在等比熵膨胀过程中的比焓差可表示为 000 01010011()()11 t t t h h R T T p v p v κ κ κκ-= -= --- (1.2.3) 将式(1．2．3)代入式(1．2．2)得 1t c = (1.2.4) 或 1t c =式中，0 10n p p ε=,称为喷嘴压比，即喷嘴后的压力与喷嘴前的滞止压力之比。式(1．2．2)用于喷嘴的计算，它表示喷嘴汽流理想速度的大小取决于喷嘴的滞止理想比焓降。式(1．2．5)常用于理论分析．它表明影响喷嘴出口速度的因素。在给定蒸汽性质和初态的情况下，1t c 仅是压比的单值函数。在喷嘴的实际流动过程中。蒸汽粘性所产生的摩擦等损失使蒸汽出口速度由 1t c 减小为1c 即 11==t c c ?

式中,?称为喷嘴速度系数。由它可求出实际流动过程中的喷嘴动能损失，即喷嘴损失，其值为 22 2220 11111222 t t n n c c c h h δ??=-=-=-?（）（） (1.2.7) 影响喷嘴速度系数?的因素多(如喷嘴高度、叶型、汽道形状、压比及表面粗糙度等)而复杂，很难用理论计算精确求得，一般由试验确定。?与叶片高度n l 关系密切，故实验数据常绘制为?随n l 的变化曲线，如图1．2．1 所示。由图可见，当喷嘴高度n l ＞100mm 时，?值基本上不再随n l 而变化；当n l ＜12~15mm 时，?值剧烈下降。因此在设计时，为了减少喷嘴损失，应尽量使n l ＞15mm 。图中上面一条是喷嘴宽度n B 为55mm 的曲线，下面一条是月n B 为80mm 的曲线，可见，在强度允许的条件下应采用宽度较小的喷嘴。式(1．2．7)中， 2 2 012 n c h ??=是喷嘴实际出口动能，因此2?也称为喷嘴效率。喷嘴速度系数?值一般在0.920.98之间。对于渐缩喷嘴，常把其中与叶片高度有关的损失抽出来另用经验公式计算(详见本章第五节)，这时取?＝0.97。由于喷嘴中的实际膨胀过程有损失(如图1．1．4所示)，即是沿着有损失的绝热过程线0l 膨胀的，所以实际过程是一个多变过程而不是等比熵过程。多变

工程热力学_曾丹苓_第九章气体与蒸气的流动

第九章气体与蒸汽的流动（5学时） 1. 教学目标及基本要求了解工程上常见的绝热流动过程（可逆与不可逆过程）；掌握定熵流动特性，能画出特性图中主要的曲线；熟悉定熵流动喷管（扩压管）的计算步骤。 2. 各节教学内容及学时分配 9-1 概述 9-2 稳定流动的基本方程（0.5学时） 9-3 定熵流动的基本特性，声速与马赫数 9-4 气体在喷管和扩压管中的流动 9-5，9-6 喷管的计算 9-7 有摩擦的绝热流动 9-8 绝热节流（0.5学时） 3. 重点难点绝热流动过程（可逆与不可逆过程）特性，定熵流动的基本方程，定熵流动特性图；滞止参数；喷管计算（设计及校核）；有摩擦的流动。 4. 教学内容的深化和拓宽校核计算；第二定律分析；因滞止引起的测温误差。 5. 教学方式讲授，讨论，.ppt 6. 教学过程中应注意的问题蒸汽不要当理想气体计算，如?h = c p?T。计算流速开平方前勿忘单位制统一。 7. 思考题和习题思考题：教材的课后自检题（部分在课堂上讨论）习题：教材习题2,3,5,6,9（可变） 8. 师生互动设计讲授中启发讨论：喷管/扩压管的形状。因滞止引起的测温误差。 9. 讲课提纲、板书设计

第九章气体与蒸汽的流动 9-1 概述讨论：热力学参数-流速-流道尺寸/形状间关系喷管、扩压管设计的热力学基础工质：理想气体、水蒸汽简化：先讨论一维定熵稳定流动，再讨论有摩擦的流动静叶(喷管) 喷气发动机 9-2 稳定流动的基本方程 ★ .ppt 图示：绝热喷管一、质量守恒方程（连续性方程） 0=?+==v dv c dc A dA v Ac q f f f m 或定值二、能量方程 vdp dh cdc vdp dh dc dz w vdp w q w gdz dc dh w dh q f f net t net f t ?=?=?=?===?==+++=+= 或 2 22 10 ,0 , ,02 1 δδδδδδ 三、过程方程(熵方程+状态方程) 0=+=v dv p dp pv γγ 或定值 9-3 定熵流动的基本特性，声速与马赫数 ** 定熵流动特性曲线（稳定流动基本方程组的图示） ★ .ppt 图示：定熵流动特性曲线 1. 比体积v

绪论及第一章级的工作原理

绪论及第一章级的工作原理一、问答题: 1．按工作原理、热力过程特性、蒸汽流动方向、新蒸汽参数等对汽轮机进行分类，汽轮机可分为哪些类型？按新蒸汽参数分类时，相应类型汽轮机的新汽压力等级是什么？ 2．国产汽轮机型号的表示方法是什么？ 3．根据国产汽轮机型号的表示方法，说明下列汽轮机的型号提供了汽轮机设备的哪些基本特征？（1）CB25-8.82/0.98/0.118 （2）CC25-8.82/0.98/0.118-1 （3）CB25-8.83/1.47/0.49 （4）N300-16.7/537/537 4.简述蒸汽在汽轮机中的能量转换过程？ 5.蒸汽对动叶片冲动作用原理的特点是什么？ 6.蒸汽对动叶片反动作用原理的特点是什么？ 7.根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，如何划分汽轮机级的类型？各种类型级的特点是什么？ 8.什么是动叶的速度三角形？二、名词解释 1．汽轮机的级； 2．反动度；

3．滞止参数； 4．轮周效率； 5．轮轴功率； 6．级的相对内效率；三、单项选择 1．电厂常用汽轮机属于下列那种类型？ A. 离心式 B. 轴流式 C. 辐流式 D. 周流式 2．火力发电厂汽轮机的主要任务是： A. 将热能转化成电能 B. 将热能转化成机械能 C. 将电能转化成机械能 D. 将机械能转化成电能3．具有一定压力和温度的蒸汽在喷嘴中膨胀时。 A. 压力下降，速度下降 B. 压力上升，速度下降 C. 压力下降，速度上升 D. 压力上升，速度上升4．级的反动度是： A. 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比。 B. 蒸汽在动叶通道内膨胀时的理想焓降与蒸汽在整个级的理想焓降之比。 C. 蒸汽在动叶通道内膨胀时的实际焓降与蒸汽在整个级的滞止理想焓降之比。 D. 蒸汽在动叶通道内膨胀时的实际焓降与蒸汽在整个

第一章汽轮机级的工作原理

第一章汽轮机级的工作原理蒸汽在级中的做功级：汽轮机中最基本的工作单元过程：具有一定压力和温度的蒸汽先在喷管中膨胀，蒸汽压力、温度降低、速度增加，使其热能转换成动能，从喷管出来的高速气流，以一定的方向进入动叶通道，在动叶通道中气流速度改变，对动叶产生一个作用力，推动转子转动，完成动能到机械能的转换。反动度和级的类型反动度Ωm：蒸汽在动叶栅中的理想焓降Δh b和蒸汽在级中的滞止理想焓降Δh*t之比。 Ωm=Δh b /Δh*t 冲动级：（1）Ωm=0，纯冲动级特点：蒸汽只在喷管叶栅中膨胀，动叶栅中不膨胀只改变流动方向。（2）Ωm=0.05~0.2，带少量反动度的冲动级特点：蒸汽膨胀大部分在喷管叶栅中进行，p1>p2,Δh n>Δh b，动叶叶型为对称弯曲，蒸汽作用在动叶栅中的力主要是冲动力，做功能力比反动级大，效率比纯冲动级高。反动级：Ωm≈0.5 特点：蒸汽在喷管和动叶通道中膨胀程度相等，即p1>p2，动叶叶型与喷管叶型相同，效率比纯冲动级高，做功能力较小。压力级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内只进行一次的级。速度级：蒸汽的动能转换为转子的机械能的过程在级内进行一次以上的级。调节级：通流面积能随负荷改变而改变的级。非调节级：通流面积不随负荷改变而改变的级。可压缩流体一元流动的基本方程 1.状态方程（1）p v=RT R-------通用气体常数，R=461.76/J(kg K) （2）蒸汽等熵膨胀过程：p v k=常数（3）蒸汽的绝热过程：p v n=常数 n-------多变过程指数 2.连续方程 G=Ac/v=A1c1/v1=A2c2/v2=常数 dA/A +dc/c-dv/v=0 3.运动方程 cdc=-vd p 通道内压力降低时，速度增加；压力升高时，速度减小 4.能量方程 h0+c o2+q=h1+c12+w q--------每千克质量蒸汽流过系统时从外界吸收的热量，J/kg; w--------每千克质量蒸汽流过系统时对外界做的机械功，J/kg。 1