工程热力学第9章气体和蒸汽的流动
工程热力学第8-9章
∂w c =0 ∂p2
p2 = p1 p3 p2 p3 = p1 p2
pm+1 pm
π1 = π2 =⋅⋅⋅ = πi =⋅⋅⋅ = πm = m
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
优 点：
（1）减小耗功; 减小耗功; 每级功耗相等，利于曲轴平衡； （2）每级功耗相等，利于曲轴平衡； 每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； （3）每级气体进出温度相同，可以采用相同的材料； 每级排热相同； （4）每级排热相同； 提高容积效率。 （5）提高容积效率。
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
wC,s h2s − h1 QηC,s = = ′ wC h2 − h1 1 h2 = h1 + h2s − h1
′ ∴wC =
1
QηT =
′ wt,T
ηC,s
(
)
ηC,s
(h
2s
− h1
)
wt,T
′ ∴ wt,T = ηT h3 − h4s
(
h3 − h4 = h3 − h4s
h4 = h3 − ηT h3 − h4s
(
)
)
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
′ wnet ηi = ′ q1
′ ′ ′ wnet = wt,T − wC = ηT h3 − h4s −
(
)
1
ηCs
(h
2s
− h1
)
′ q1 = h3 − h2 = h3 − h1 −
整理
ηi = ηT ( h3 − h4 ) −
燃烧室 废 气
燃 燃 气 空 气 气 轮 机
第八、 第八、九章 气体压缩及动力循环
工程热力学
第一章基本概念及定义一、填空题1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。
2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。
3、工质的基本状态参数有、、。
4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。
5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。
6、温度计测温的基本原理是。
二、判断题1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。
（）2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。
（）3、膨胀功的计算式⎰=21pdvw，只能适用于可逆过程。
（）4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（）5、循环功越大，热效率越高。
（）6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（）7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。
（）8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。
（）9、孤立系统的热力状态不能发生变化。
（）10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。
（）三、选择题1、闭口系统功的计算式21u u w -=（ ）。
（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程 （B ）只适用于绝热自由膨胀过程 （C ）只适用于理想气体绝热过程 （D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换 （D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 4、闭口系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 5、公式121q q t-=η适用于（ ）。
（A ）理想气体任意过程 （B ）理想气体可逆循环 （C ）任何工质可逆循环 （D ）任何工质任何循环 6、（ ）过程是可逆过程。
工程热力学-第九章气体和蒸汽的流动之稳定流动的基本方程
p p
vdp
cf2 cf
dcf
dp cf2 dcf p pv cf
dp cf2 dcf dp Ma2 dcf
p a2 cf
p
cf
力学条件
03
讨论：
dp Ma2 dcf
cf
1） 0 Ma2 0
dcf dp 异号 cf p
Ma 1 超音速
（supersonic velocity）
03. 力学条件与几何条件
03
3.1 力学条件
dcf cf
~
dp
p
流动可逆绝热
δq dh vdp
dex,H dh T0ds dh vdp
能量方程
dh cf dcf
vdp cf d cf
A cf v
Ma2 1 dcf dA cf A
几何条件
03
水蒸气：
h0
h1
1 2
cf21
s0 s1
其他状态参数
注意：高速飞行体需注意滞止后果，如飞机在–20℃ 的高空以 Ma = 2飞行，其t0= 182.6 ℃。
4.声速方程
a
p
s
v
2
p v
s
等熵过程中
dp dv 0
pv
p v s
p v
所以 a pv ？ R T
THANK YOU
1 2
cf2
gz
ws
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第9~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第 4 版）章节题库
第 9 章 气体动力循环
一、选择题 1．若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则（ ）。 A． B． C． D．不定 【答案】D
【解析】热机的内可逆循环热效率
，对于活塞式内燃机三
图 9-1
4．反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
答： v2 ， p3 ， v4 。
v1
p2
v3
六、综合分析题 1．有一定压燃烧内燃机，其输出功率为 3700kW。燃料热值为 4.65×104kJ／kg，假 定可将循环简化为空气的定压加热理想循环，循环压缩比为 14，预胀比为 2，求燃料消耗 量。空气比热容取定值，Rg＝287J／（kg·K），k＝1.4。 解：定压加热活塞式内燃机理想循环中，1-2 为等熵压缩过程
4．某燃气轮机装置定压加热循环如图 9-4 所示，循环增压比π＝7，增温比τ＝4，压
气机吸入空气压力
。压气机绝热效率
，燃机轮
机相对内效率ηT＝0.92，若空气取定比热容，其 ＝1.03 KJ/（kg·K）、 ＝0.287 KJ/
（kg·K），k＝1.3863。
试求：（1）装置内部热效率ηi，循环吸热量 q1 和放热量 q2；（2）压气机及燃气轮机中
燃气轮机过程中熵产为 0.098kJ／（kg·K）。工质可视为理想气体，且燃气性质近 似空气，
求：（1）循环热效率；（2）若回热度为 0.7，循环热效率是多少？
解： （1）循环热效率
图 9-3
所以
7 / 83
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
工程热力学第三版电子教案教学大纲 (3)
教学大纲课程名称：工程热力学英文译名：Engineering Therodynamics (Architecture type)总学时数：54讲课学时：50（含习题课4）实验学时：8授课对象：建筑环境与设备专业、建材专业本科生课程要求：必修分类：技术基础课开课时间：第三学期主要先修课：高等数学、大学物理、理论力学、材料力学选用教材及参考书教材：采用由我校廉乐明主编，李力能、谭羽非参编的全国建筑暖通专业统编教材、全国高等学校教材《工程热力学》。
本书自1979年出版至今，历经第一版、第二版、第三版和第四版共四次修订，计十二次印刷，在全国发行量达12万余册。
本书曾获国家级教学成果奖教材二等奖、建设部部优教材奖。
主要参考教材：1、清华大学主编、高教出版社出版的《工程热力学》2、西安交通大学主编、高教出版社出版的《工程热力学》3、 Krle C.Potter Craig W .Somerton《Engineering Therodynamics》(1998年版)一、本课程的性质、教学目的及其在教学计划中的地位与作用本课程是研究物质的热力性质、热能与其他能量之间相互转换的一门工程基础理论学科，是建筑环境与设备专业的主要技术基础课之一。
本课程为专业基础课，主要用于提高学生热工基础理论水平，培养学生具备分析和处理热工问题的抽象能力和逻辑思维能力。
为学生今后的专业学习储备必要的基础知识，同时训练学生在实际工程中的理论联系实际的能力。
通过对本课程的学习，使学生掌握有关物质热力性质、热能有效利用以及热能与其它能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行各种热工过程和热力循环的分析计算。
此外本课程在有关计算技能和实践技能方面也使学生得到一定的训练。
因此本课程不仅是学习后续课程，包括《供热工程》、《空调工程》、《锅炉及锅炉房设备》等主要专业的理论基础外，而且能广泛服务于机械工程、动力工程、冶金、石油、电力工程等各个研究领域。
工程热力学第9章压气机的热力过程
635.17kJ2
m ' p1V 0.566kg RT1
wt
' Wt m
115kJ
/ kg
m 0.489kg1 4V
Vw3t
115kJ /
V1
kg
V
9-3 多级压缩和级间冷却
9-3-1单级压缩的不足及多级压缩的便利 对升于压单比级越压大气，机则， 终压 温缩T2终亦温越大T，2 于T1(是pp12会) nn影1 响气缸润滑油性能，对压缩不利。且如图 所示12’3’为等温线，
（等温）
若过程可逆，则
wnet,R h1 h2
（绝热）
若过程不可逆，则 wnet,I h1 h2 q
定义
wnet,t,R
t ,c o wnet,I
——等温效率
为可逆等温压缩的耗功与不可逆放热压缩的耗功之比。
等温效率用于评价活塞式压气机性能的主要参数。
例2 压气机压缩空气，初态
18
二.工作过程
1-2 质量m1气体压缩：p1p2 2-3 气体排向储气罐
3-4 气体膨胀p2 p1
4-1 气体吸入气缸
生产量(每周期)：
m生产量
m1
V1 V4 V1
19
三.余隙容积对生产量的影响
1、几个概念
余隙容积 Vc=V3
活塞排量 Vh=V1–V3 有效吸气容积 Ves=V1–V4
如假定每级压缩多变指数相同，中间冷却后 T2’=T1
由于每级压缩的吸气温度一样，则
p1v1 p2v2 RgT
缩
，于是，多级压
总功耗为
n1
n1
wt ,n
工程热力学复习重点
工程热力学复习重点2012工程热力学复习重点绪论[1][2][3] 理解和掌握工程热力学的研究对象、主要研究基本概念及定义1. 1 热力系统一、热力系统系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。
外界：与系统相互作用的环境。
界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。
依据：系统与外界的关系系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。
二、闭口系统和开口系统闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。
开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。
三、绝热系统与孤立系统绝热系统：系统内外无热量交换(系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热)孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和= 一切热力系统连同相互作用的外界四、根据系统工质的热力状态与状态参数一、状态与状态参数状态：热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。
状态参数：描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。
如：温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。
状态参数的数学特性:1．21dx x2x1表明：状态的路径积分仅与初、终状态有关，而与状态变化的途径无关。
2．dx=0表明：状态参数的循环积分为零基本状态参数：可直接或间接地用仪表测量出来的状态参数：温度、压力、比容或密度温度：宏观上，是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量。
微观上,是大量分子热运动强烈程度的量度2．压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。
F；p式中：F—整个容器壁受到的力，单位为牛顿（N）f f—容器壁的总面积（m2）。
微观上：分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。
压力测量依据：力平衡原理压力单位：MPa相对压力：相对于大气环境所测得的压力。
工程上常用测压仪表测定的压力。
以大气压力为计算起点，也称表压力。
p B pg （P>B）p B H （P<B）式中B—当地大气压力Pg—高于当地大气压力时的相对压力，称表压力；H —低于当地大气压力时的相对压力，称为真空值。
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第7~9章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题第7章气体与蒸汽的流动7-1空气以c f＝180m/s的流速在风洞中流动，用水银温度计测量空气的温度，温度计上的读数是70℃，假定气流通在温度计周围得到完全滞止，求空气的实际温度（即所谓热力学温度）。
解：由题意可知所以t1＝53.88℃7-2已测得喷管某一截面空气的压力为0.5MPa，温度为800K，流速为600m/s，若空气按理想气体定比热容计，试求滞止温度和滞止压力。
解：由题意可知滞止温度滞止压力7-3喷气发动机前端是起扩压嚣作用的扩压段，其后为压缩段。
若空气流以900km/h 的速度流入扩压段，流入时温度为－5℃，压力为50kPa。
空气流离开扩压段进入压缩段时速度为80m/s，此时流通截面积为入口截面积的80％，试确定进入压缩段时气流的压力和温度。
解：由题意可知，扩压段出口的温度由质量守恒得，即7-4进入出口截面积A2＝10cm2的渐缩喷管的空气初速度很小可忽略不计，初参数为p1＝2×106Pa、t1＝27℃。
求空气经喷管射出时的速度，流量以及出口截面处空气的状态参数v2、t2。
设空气取定值比热容，c p＝1005J/（kg·K）、k＝1.4，喷管的背压力p b分别为1.5MPa和1MPa。
解：由题意可知，所以当p b＝1MPa时，7-5空气进入渐缩喷管时的初速度为200m/s，初压为1MPa，初温为500℃。
求喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。
解：由题意可知，对于初态及A2确定的收缩喷管内的流动，出口截面流速达到音速，流量最大，所以7-6空气流经渐缩喷管。
在喷管某一截面处，压力为0.5MPa，温度为540℃，流速为200m/s，截面积为0.005m2。
试求：（1）气流的滞止压力及滞止温度；（2）该截面处的音速及马赫数；（3）若喷管出口处的马赫数等于1。
求出口截面积、出口温度、压力及速度。
解：（1）由题意可知（2）由题意可知（3）由题意可知7-7燃气经过燃气轮机中渐缩喷管形的通道绝热膨胀，燃气的初参数为p1＝0.7MPa、t1＝750℃，燃气在通道出口截面上的压力p2＝0.5MPa，经过通道的流量q m＝0.6kg/s，若通道进口处流速及通道中的摩擦损失均可忽略不计，求燃气外射速度及通道出口截面积（燃气比热容按变值计算，设燃气的热力性质近似地和空气相同）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的定熵流动
p1v1k p2v2k
注意 p2 的取值
pb pc p2pb
pb pc p2pc
mf2 2k p1[(p2)k 2(p2)K K 1](kg /s)
k1v1 p1 p 精选pp1 t
15
m c m max
0
b
pc / p1
pc (
2
k
)k1
p1 k1
a
mmaxf2
2
k
(
2
2
)k1
产生强烈扰动和摩擦。扰动和摩擦的不可逆
性，导致整个过程的不可逆性。
一 定熵滞止参数
定义： 将具有一定速度的气流在定熵条件 下扩压，使其流速降低为零时的参数
参数表达式
h0
h1
c12 2
k
p0
p1
T0 T1
k 1
v v( ) 0
1
T1 T0
1 k1
T0
T1
c12 2c p
下角标为0的
下角标为1的
是定熵滞止参数 精选ppt 是进口参数
12
二、喷管的出口流速 由绝热稳定流动能量方程
2
h1 h2' 2
h1 h2
一般在0精.选9pp至t 0.95之间
21
§ 9-6 绝热节流
定义：气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
特点：绝热节流过程前后的焓相等，但整 个过程绝不是等焓过程。
在缩孔附近，流速 ，焓
不可逆性：
流体在通过缩孔时动能增加，压力下降并
c22 c12 (h1h2) 2
注：增速以降低 本身储能为代价
d c2 dh 2
精选ppt
适用于任何工质 可逆和不可逆过程
5
(3) 定熵过程方程式
可逆绝热过程方程式
注意:
pv k = const 适用条件:
(1)理想气体
微
(2)定比热
分
(3)可逆
dpk dv 0 pv
变比热时 K取
过程范围内的平均值
绝热稳定流动 能量方程
精选ppt
定熵过程 方程
3
(1) 连续性方程
由稳态稳流特点
m 1m 2... .m . ..const
m fc v
截面面积
气流速度 气体比容
dc df dv0 适用于任何工质 c f v 可逆和不可逆过程
精选ppt
4
(2) 绝热稳定流动能量方程
q(h2h1)c2 2 2c1 2g(z2z1)w s
kg/s
18
§ 9-4 扩压管
扩压管与喷管的区别与联系
扩压管是在已知进口参 数进口速度和出口速度 的情况下计算出口压力
定熵流动的基本关系式 和管道截面变化规律的
关系式相同
注:动能损失得越多压力增加得越多
精选ppt
19
扩压管的扩压比概
念
定义式 p 2
进口压力
p1
出口压力
由能量 方程得
cpT1c212
cpT2
c22 2
T2 1 c12 c22
T1
2cpT1
则定熵过程
p2 (T2)kk1(1c12c22)kk1
p1 T1
2cpT1
精选ppt
20
§ 9-5 具有摩擦的流动
速度系数
消耗一部分功
定义式 c 2 '
c2
实际出口速度 定熵过程出口速度
大致在0.94至0.98之间
喷管效率
c22'
2 c22
定熵过程 方程式：
pcvc
(
pc
)
k1 k
p1v1 p1
精选ppt
临界流速表达式
pc (
2
k
)k1
p0 k1
特别的对 双原子气体：
0.52814
四、流量与临界流量
由连续性方程知，各个截面的质量流量相等
一般通过计算最小截面的质量流量
（1）渐缩喷管的质量流量计算
12
出口截面
理想气体
质量流量
m f2c2 v2
2）当
pb p0
pc p0
即
pb pc
采用缩扩喷管。
精选ppt
17
（2）渐缩喷管的校和计算 已知 p0、 T0、 k、 pb、 f
p p 1) 当 pb pc 即
p0
p0
b
c
p2 pb
2）当
pb p0
pc p0
即
pb pc
p2 pc
喷管的最大流量
m fvc max
cc 精选pcpt
精选ppt
6
三 音速与马赫数
(1) 音速 微小扰动在流体中的传播速度
定义式: a ( p )
s
定熵过程 dp k dv 0 pv
a kRT
理想气体
压力波的传播过程 可作定熵过程处理
只随绝对温度而变
精选ppt
7
(2) 马赫数
定义式 M c a
流速 当地音速
三种音速 1 M>1 超音速
2 M=1 临界音速
第九章 气体和蒸汽的流动
精选ppt
1
本章学习内容
1 研究气体流动过程中 状态参数变化 气流速度变化 能量转换
的规律
2 研究影响气体在管内流的 管道截面积的变化
系统的外部条件
精选ppt
2
§ 9-1 绝热流动的基本方程
一 概念 稳态稳流(稳定流动)
状态不随时间变化 二 几个基本方程
恒定的流量
连续性方程
M<1
M>1 渐缩渐扩扩压管
管道种类
M>1转M<1
喷管 df f
0
1
2
df f
0
1M=1
M<1
2M>1
p1p2
p1p2
p1p2
扩压管dp>0 1
2 df 0
f
1
2
df f
0
M>11
M=1
2
M<1
dc<0
p1p2
p1p2
精选ppt
p1p2 11
§ 9-3 喷管中流速及流量计算
c22 c12 (h1h2) 2
对理想气体
对实际气体
k 1
c2
2k k
1
RT
0
1
p2 p0
k
c2 44.72 cp (T0 T2 )
精选ppt
13
三、临界压力比及临界流速
(1)临界压力比
临界压力
pc
p1
代入出口流速方程 进口压力
cc 2kk1p1v1[1(pp1c)kk1]
cc ac kpcvc
3 M<1 亚音速
精选ppt
8
§ 9-2 定熵流动的基本特性
一、气体流速变化与状态参数间的关系 由定熵过程 dh=vdp
得 cdcvdp
由此可见
导致
dc>0
dp<0
导致
dc < 0
dp > 0
精选ppt
喷管中的 流动特性
扩压管中 的流动特性
9
二、管道截面变化的规律
cdcvdp
连续性方程
df (M2 1) dc
p1(kg/s)
k1k1 v1
1.0 pb / p1
（2）渐缩渐扩喷管的流量计算
正常工作时 M= mmaxfmin2kk1(k21)k21vp11(kg/s)
精选ppt
16
五、喷管的计算 1 喷管的设计计算
出发点： p2 pb
已知 p0、 T0、 k、 pb、 f
1)
当
pb p0
pc p0
即
pb pc 采用渐缩喷管。
f
c
可逆绝热过程方程
管道截面变化 气流速度变化
喷管 dc>0
M<1 df<0 渐缩
M=1 df=0 临界截面
M>1 df>0 渐扩
M<1 M>1 df<0 df>0 渐缩渐扩
注:扩压管dc<0,故不同音速下的形状与喷管相反
精选ppt
10
喷管和扩压管流速变化与截面变化的关
流系动状态
渐缩渐扩扩喷管
M<1转M>1