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

cr1

中的无论对于理想气体或水蒸气均有V

（）。

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。

8．理想气体绝热节流后温度将。

(a)增加；(b)减小；(c)不变

三、习题

9-1 压力为0.1MPa，温度为15℃的空气，分别以100m/s、200m/s、400m/s的速度流动。当空气完全滞止时，试问空气的滞止温度及滞止压力各为多少？滞止作用对气流参数的影响如何？

9-2 设一贮气器内盛有空气，其压力p*=0.4MPa，温度t*=20℃。空气经由渐缩喷管作定熵流动，流向压力为0.262 4MPa的空间。渐缩喷管出口截面面积为0.785cm2。求喷管出口截面上的状态参数、射出速度和质量流量。若外界压力降为0.1MPa，求渐缩喷管的最大质量流量。

9-3 初态为3.5MPa和350℃、初速为100m/s的水蒸气，在喷管中绝热膨胀到2.1MPa。已知流经喷管的质量流量为10kg/min，忽略摩阻损失，试确定喷管的形状和尺寸；若存在摩擦损失，已知喷管速度系数，确定通过喷管的质量流量。

9-4 压力p*=4.0MPa、温度t*=400℃的水蒸气，经阀门被节流到3.5MPa，然后进入缩放喷管绝热膨胀到出口压力p2=1.0MPa。已知喷管效率N=0.883，试求喷管出口流速，并将此过程表示在h-s图上。

9-5 水蒸气在一喷管中绝热流动，进口参数p*=9.0MPa，t*=500℃。已知速度系数，实际出口流速为611m/s，求进出口状态间的熵产。

9-6 在汽轮机末级叶片出口处，状态为p2=0.004MPa、x2=0.88的水蒸气通过连接管进入冷凝器。假定连接管中容许的最大流速为120m/s，求蒸汽质量流量为100 000kg/h时连接管的直径。

9-7 压力为0.1MPa、温度为30℃的空气，流经扩压管压缩升压到0.14MPa，试问空气进入扩压管的初速至少有多大？

9-8 空气在一喷管中定熵流动，从初压1.4MPa、初温200℃膨胀到0.14MPa，流经喷管的质量流量为270kg/min。试确定比体积、流速、声速、流量密度 (q m/A)及喷管截面面积随压力比变化的关系，并画在以压力比为横坐标的图上。

9-9 二氧化碳以50m/s 的初速进入绝热喷管，已知其进口温度为1 200K ，出口温度为400K ，若流动可视为可逆过程，求进口及出口的马赫数。

9–10 空气在喷管中定熵膨胀，已知进口压力为1.5MPa ，温度为60℃，出口压力为0.4MPa ，计算初终声速比。

9–11 二氧化碳在p 1=800kPa ，T 1=400K 下进入喷管被加速到Ma=0.6，试确定加速后的温度和压力。

9-12 空气进入一缩放流道，进口处压力为0.8MPa ，初速为0，定熵膨胀至出口马赫数为Ma=1.8，求出口背压。

9–13 大气中的空气压力为90kPa ，温度为260K ，以c 1=250m/s 的速度进入飞行器的扩压

管，已知质量流率 kg/s 15=m ，扩压管的效率为 %95N =η，出口速度为80m/s ，求出口压

力、温度及出口截面积。

9–14 水蒸汽进入渐缩流道，进口压力为3.0MPa ，温度为600℃，初速可忽略，喷管出口压力为1.8MPa ，截面积为24cm 2，在(a)等熵流动；(b)喷管效率

9.0N =η时求出口速度，喷

管质量流率及出口马赫数。

9–15 汽车轮胎中的空气压力为220kPa （表压），环境大气压力为94kPa ，温度25℃，轮胎上有直径为3mm 的小洞，假定流动过程近似视为定熵过程，确定最初的质量流率。 9–16 某渐缩喷管，其出口截面面积为10cm 2，测得喷管进口空气的压力为200kPa ，温度为200℃，出口压力为50kPa ，试计算喷管的实际出口速度及喷管质量流率。

四、计算机应用、工程设计及讨论

1.写一计算机程序确定喷管的尺寸。已知工质为空气，进口滞止参数为1 400kPa 、200℃，喷管内为定熵流动，质量流率为3kg/s 。当压力降按50kPa 变化时计算喷管的尺寸，并计算沿喷管马赫数Ma 的变化。

2 写一程序计算例题9–3中当喷管出口压力为200kPa 时沿流动方向流体压力、温度、速度、密度、声速、马赫数的变化。

3 设计一个蒸汽喷射泵，用1 400kPa的饱和蒸汽引射并加热水，使水在100kPa压力下温度由20℃上升到80℃，水流量为10kg/s。假定设备在理想的情况下工作，没有任何附加损失。

4 为什么在定熵流动中亚声速气流与超声速气流对流道的选择有截然不同的要求？

5 定熵流动特性方程（9–11）是根据什么导得的，其适用范围如何？

6 水蒸气流动过程的分析计算与理想气体有何区别？