气体和蒸汽的流动的特性及其应用
蒸汽喷射器的工作原理
蒸汽喷射器的工作原理蒸汽喷射器是一种常用的工业设备，它利用蒸汽的高速流动来产生负压，实现吸入、喷射和混合等功能。
本文将详细介绍蒸汽喷射器的工作原理及其应用。
一、蒸汽喷射器的结构蒸汽喷射器主要由喷嘴、混合室和扩散器组成。
1. 喷嘴：喷嘴是蒸汽喷射器的核心部件，它负责将高速蒸汽喷射出来。
喷嘴通常由一个中心喷嘴和多个环形喷嘴组成，它们的结构设计旨在产生高速蒸汽流。
2. 混合室：混合室是蒸汽喷射器中的一个腔体，用于将喷射出的蒸汽与被吸入的流体混合。
混合室通常具有一个进口和一个出口，蒸汽和流体在进口处相互混合，然后通过出口排出。
3. 扩散器：扩散器位于混合室的出口处，其作用是将混合后的流体蒸汽扩散，降低速度和增加压力。
二、蒸汽喷射器的工作原理基于贝努利定律和连续性方程。
当高速蒸汽从喷嘴中喷射出来时，它会在喷嘴周围形成一个低压区域。
根据贝努利定律，流体在速度增加的地方压力会降低，因此周围的流体会被吸入喷嘴。
被吸入的流体与喷射出的蒸汽在混合室中相互混合，形成一个混合流。
混合流在扩散器中扩散，速度减慢，压力增加。
最终，通过扩散器的出口，混合流以较高的压力排出。
三、蒸汽喷射器的应用1. 蒸汽喷射真空泵：蒸汽喷射器可以用作真空泵，利用蒸汽的吸引力将气体抽出。
它广泛应用于化工、制药、食品等行业的真空抽取过程中。
2. 蒸汽喷射加热器：蒸汽喷射器可以用于加热液体或气体。
通过将蒸汽喷射到流体中，蒸汽的热量可以传递给流体，使其升温。
这种加热方式被广泛应用于工业生产中的加热过程。
3. 蒸汽喷射冷却器：蒸汽喷射器也可以用于冷却流体或气体。
通过将蒸汽喷射到流体中，蒸汽的热量可以带走流体的热量，使其冷却。
这种冷却方式常用于工业生产中的冷却过程。
4. 蒸汽喷射除尘器：蒸汽喷射器可以用于除尘。
通过将蒸汽喷射到含有颗粒物的气体中，蒸汽的冲击力和吸引力可以将颗粒物吸附和排除。
总结：蒸汽喷射器利用蒸汽的高速流动来产生负压，实现吸入、喷射和混合等功能。
工程热力学-第七章 气体与蒸汽的流动
2
kp0v 0 k- 1
[1
-
(
p2
)
kk
1
]
p0
c f 2,cr =
2k
k
+
1
p0v 0
=
2
k
k
+
1
RgT0
1）当Pb>=Pcr, P2=Pb,若沿3－3截面截去一段，出口截面增加， 但是出口截面处的背压不变，仍然有P2=Pb,由此可得v2不变， Cf2也不变，流量则因为出口面积增加而变大。
2）当Pb<Pcr, P2=Pcr,若沿3－3截面截去一段，出口截面增加， 但是出口截面处的背压不变，仍然有P2=Pcr,由此可得v2不变， Cf2也不变，流量则因为出口面积增加而变大。
二、节流的温度效应
绝热节流后流体的温度变化称为节流的温度效应
T2 T1
节流冷效应
T2 T1
节流热效应
T2 T1
节流零效应
对于理想气体，只有节流零效应
h f (T ) h2 h1 T2 T1
焓的一般方程：dh
cpdT
T
v T
p
v
dp
令 dh 0
J
T p
h
T
v T
2
kp0v 0 k- 1
[1
-
(
p
2
)
kk
1
]
p0
= 328m/s
2）Pb=4MPa
pb < pcr p2 = pcr = 4.752MPa
Ma<1
Ma=1 背压pb
dA<0 渐缩
2
qm,max = A2
2k k+
8-气体蒸汽的流动和压缩
c ─称为当地声速。
, 表达式 Ma
流体的流动速度 当地声速
cf c
当 cf<c， Ma<1，是亚声速气流；当 cf>c，Ma>1，超声速气流；
当 cf=c，Ma=1，是声速气流。
第九章
第8章 气体、蒸汽的流动和压缩 气体与蒸汽的流动
8.1.2 气体在喷管与扩压管中的定熵流动
1)气体流速的变化与其状态参数之间的关系 (1)流速与压力之间的关系
1）临界压力比
临界压力比是指喷管内气体的临界压力pcr与滞止压力的比值。即
cr
pcr =定值 p0
pcr 2 1 vcr 0 ( ) p k 1
临界压力比vcr与气体的性质有关，是绝热指数的单值函数。针对不同 性质的气体,vcr是一个确定的常数。且 单原子气体: 1.67, cr 0.487 双原子气体: 1.4, cr 0.528 多原子气体: 1.3, cr 0.546
(1)
(2) 流速与比体积之间的关系 过程方程的微分形式可写成 将其代入（１)式,有
dc f cf
1 dv 1 dv 2 Ma v Ma 2 v
(2)
第8章
气体、蒸汽的流动和压缩
8.1.2 气体在喷管与扩压管中的定熵流动
dc f cf
dc f 1 dp dp 2 Ma 2 Ma p p cf
(1) (2)
dc f cf
dc f 1 dv dv 2 Ma 2 Ma v v cf
(3) 流速与声速之间的关系 适用于任何气体的声速方程为 c pv 也可写成 c2 pv 其微分为 2cdc pdv vdp 等式两边同时除以pv，整理得 dc 1 dv dp
工程热力学体系）气体及蒸汽的流动
第七章气体及蒸汽的流动思考、判断、证明、简答题(1) 流动过程中摩擦是不可避免的，研究定熵流动有何实际意义和理论价值。
解：实际流动过程都是不可逆的，势差、摩擦等不可逆因素都是不可避免的，而且不可逆因素的种类及程度是多种多样的。
因此，不可能直接从不可逆的实际流动过程的研究中，建立具有普遍意义的基本关系式。
流动问题的热力学分析方法，是暂且不考虑摩擦等不可逆因素，在完全可逆的理想条件下，建立具有普遍意义的基本关系式，然后，再根据实际工况加以修正。
“可逆”是纯理想化的假定条件。
采用可逆的假定，虽然是近似的，但也是合理的。
这不仅使应用数学工具来分析流动过程成为可能，而且，其分析结论为比较实际流动过程的完善程度，建立了客观的标准，具有重要的理论意义和实用价值。
(2) 喷管及扩压管的基本特征是什么？解：不能单从变截面管道的外形，即不能单从截面变化规律，来判断是喷管还是扩压管。
一个变截面管道，究竟是喷管还是扩压管，是根据气流在管道中的流速及状态参数的变化规律来定义的。
使流体压力下降、流速提高的管道称为喷管；反之，使流体压力升高、流速降低的管道称为扩压管。
对于喷管必定满足下列条件：d c＞0；d p＜0；d v＞0；d h＜0对于扩压管则必定满足：d c＜0；d p＞0；d v＜0；d h＞0(3) 在变截面管道中的定熵流动，判断d v/v与d c/c究竟是哪个大的决定因素是什么？解：连续方程的微分关系式为d A/A=d v/v -d c/c上式表明通道截面的相对变化率必须等于比容相对变化率与流速相对变化率之差值，否则就会破坏流动的连续性。
例如，当d v/v＞d c/c时，气体的膨胀速率大于气流速度的增长率，这时截面积必须增大，应当有d A/A＞0，否则就会发生气流堵塞的现象。
同理，当d v/v＜d c/c时，必须有d A/A＜0，否则就会出现断流的现象。
显然，如果破坏了流动的连续性，也就破坏了流动的稳定性。
所以，稳定流动必须满足连续方程。
工程热力学知识点
工程热力学复习知识点一、知识点基本概念的理解和应用（约占40%），基本原理的应用和热力学分析能力的考核（约占60%）。
1. 基本概念掌握和理解：热力学系统(包括热力系，边界，工质的概念。
热力系的分类：开口系，闭口系，孤立系统)。
掌握和理解：状态及平衡状态,实现平衡状态的充要条件。
状态参数及其特性。
制冷循环和热泵循环的概念区别。
理解并会简单计算：系统的能量，热量和功（与热力学两个定律结合）。
2. 热力学第一定律掌握和理解：热力学第一定律的实质。
理解并会应用基本公式计算：热力学第一定律的基本表达式。
闭口系能量方程。
热力学第一定律应用于开口热力系的一般表达式。
稳态稳流的能量方程。
理解并掌握：焓、技术功及几种功的关系（包括体积变化功、流动功、轴功、技术功）。
3. 热力学第二定律掌握和理解：可逆过程与不可逆过程(包括可逆过程的热量和功的计算)。
掌握和理解：热力学第二定律及其表述（克劳修斯表述，开尔文表述等）。
卡诺循环和卡诺定理。
掌握和理解：熵（熵参数的引入，克劳修斯不等式，熵的状态参数特性）。
理解并会分析：熵产原理与孤立系熵增原理，以及它们的数学表达式。
热力系的熵方程（闭口系熵方程，开口系熵方程）。
温-熵图的分析及应用。
理解并会计算：学会应用热力学第二定律各类数学表达式来判定热力过程的不可逆性。
4. 理想气体的热力性质熟悉和了解：理想气体模型。
理解并掌握：理想气体状态方程及通用气体常数。
理想气体的比热。
理解并会计算：理想气体的内能、焓、熵及其计算。
理想气体可逆过程中，定容过程，定压过程，定温过程和定熵过程的过程特点，过程功，技术功和热量计算。
5. 实际气体及蒸气的热力性质及流动问题理解并掌握：蒸汽的热力性质（包括有关蒸汽的各种术语及其意义。
例如：汽化、凝结、饱和状态、饱和蒸汽、饱和温度、饱和压力、三相点、临界点、汽化潜热等）。
蒸汽的定压发生过程（包括其在p-v和T-s图上的一点、二线、三区和五态）。
理解并掌握：绝热节流的现象及特点6. 蒸汽动力循环理解计算：蒸气动力装置流程、朗肯循环热力计算及其效率分析。
第一章 第二节 汽轮机级的工作原理
pcr 2k * * ccr p0 v0 [1 * p k 1 0
2 pcr p ( ) k 1
* 0 k k 1
k 1 k
喉部
]
Байду номын сангаас
p0 c0
p1 p1c c1c
ccr
2k * * p 0 v0 k＋1
ccr只与蒸汽滞止初 参数有关，而与流 动过程中有无损失 及损失的大小无关。 11
2
第二节 蒸汽在级内的流动过程
基本控制方程
1、连续方程 在稳定流动的情况下，每单位时间流过流管任 一截面的蒸汽流量不变，用公式表示为 G＝Ac 1 A1c1 2 A2c2 常数
G－单位时间的蒸汽质量流量，kg/s A－汽道内任一横截面面积，m2 c－垂直于截面A的蒸汽速度，m/s ρ－截面A上蒸汽的密度，kg/m3
Gcr 0.647An
cdc
5
第二节 蒸汽在级内的流动过程
能量方程
对于稳定绝热流动，汽流进入系统的能量必须等于离 开系统的能量。若在流动系统中忽略摩擦力做功和势能等 因素，则系统的能量方程式可以写为，
2 c0 c12 h0 q h1 W 2 2
c0 、 式中: h0 、h1－蒸汽进入和流出系统的焓值，J/kg； c1－蒸 汽进入和流出系统时的速度 ,m/s ； q－1kg 蒸汽通过系统时， 对外界所吸收的热量，J/kg；W－1kg蒸汽通过系统时对外界 所作的机械功 ，J/kg。
绝热q＝0
蒸汽在流经喷管时不做功w=0
1.喷管出口汽体的理想速度
2 c0 c12t h0 h1t 2 2
2 c0 c12 h0 h1 2 2
工程热力学第六版素材第09章 气体和蒸汽的流动
第九章气体和蒸汽的流动1．基本概念稳态稳流：稳态稳流是指开口系统内每一点的热力学和力学参数都不随时间而变化的流动，但在系统内不同点上，参数值可以不同。
为了简化起见，可认为管道内垂直于轴向的任一截面上的各种参数都均匀一致，流体参数只沿管道轴向或流动方向发生变化。
音速：音速是微小扰动在物体中的传播速度。
定熵滞止参数：将具有一定速度的流体在定熵条件下扩压，使其流速降低为零，这时气体的参数称为定熵滞止参数。
减缩喷管：当进入喷管的气体是M < 1的亚音速气流时，这种沿着气体流动方向喷管截面积逐渐缩小的喷管称为渐缩喷管。
渐扩喷管：当进入喷管的气体是M > 1的超音速气流时，这种沿气流方向喷管截面积逐渐扩大的喷管称为渐扩喷管。
缩放喷管：如需要将M < 1的亚音速气流增大到M > 1的超音速气流，则喷管截面积应由d f < 0逐渐转变为d f > 0，即喷管截面积应由逐渐缩小转变为逐渐扩大，这种喷管称为渐缩渐扩喷管，或简称缩放喷管，也称拉伐尔（Laval）喷管。
临界参数：在渐缩渐扩喷管中，收缩部分为亚音速范围，而扩张部分为超音速范围。
收缩与扩张之间的最小截面处称为喉部，此处M＝1，d f = 0。
该截面称为临界截面，具有最小截面积f min，相应的各种参数都称为临界值，如临界压力p c、临界温度T c、临界比体积v c、临界流速c c等。
应予注意，临界流速c c为临界截面处的当地音速。
节流：节流过程是指流体（液体、气体）在管道中流经阀门、孔板或多孔堵塞物等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的一种特殊流动过程。
这些阀门、孔板或多孔堵塞物称为节流元件。
若节流过程中流体与外界没有热量交换，称为绝热节流，常常简称为节流。
在热力设备中，压力调节、流量调节或测量流量以及获得低温流体等领域经常利用节流过程，而且由于流体与节流元件换热极少，可以认为是绝热节流。
冷效应区：在转回曲线与温度纵轴围成的区域内所有等焓线上的点恒有μj > 0，发生在这个区域内的绝热节流过程总是使流体温度降低，称为冷效应区。
热力学系统的饱和蒸汽与湿空气
热力学系统的饱和蒸汽与湿空气热力学是研究能量转换和物质状态变化的学科，在工程领域扮演着重要的角色。
本文将重点讨论热力学系统中的饱和蒸汽与湿空气的特性以及其在实际应用中的表现。
一、饱和蒸汽的特性饱和蒸汽是指在一定温度下，液体和气体同时存在于平衡状态的状态。
饱和蒸汽包括饱和水蒸汽和饱和湿蒸汽两种情况。
1. 饱和水蒸汽饱和水蒸汽是指在一定温度下，液态水与其蒸汽在平衡时的状态。
在饱和状态下，水蒸汽的温度与压力之间存在一一对应的关系，称为饱和蒸汽表。
根据饱和蒸汽表可以得知，随着温度的升高，水蒸汽的压力也会增加。
2. 饱和湿蒸汽饱和湿蒸汽是指在一定温度下，同时存在水蒸汽和液态水的状态。
湿蒸汽的特性由两个主要参数决定，即湿度和相对湿度。
湿度是指单位体积空气中所含水汽的质量，相对湿度是指单位体积空气中所含水汽与该温度下所能容纳最大水汽量的比值。
二、湿空气的特性湿空气是指空气中含有一定水汽的气体。
湿空气的湿度和相对湿度是其重要特性。
1. 湿度湿度是衡量湿空气中水汽含量的指标，用水蒸汽在单位体积空气中的质量表示。
湿度的高低直接影响到湿空气的性质，对于许多工业和农业过程具有重要意义。
2. 相对湿度相对湿度是湿空气中所含水汽与该温度下饱和蒸汽所能容纳最大水汽量的比例。
它是湿空气中水汽饱和程度的度量。
三、饱和蒸汽与湿空气的应用饱和蒸汽和湿空气在许多工程和实际应用中都有重要的应用价值。
1. 热能工程中的应用在热能工程中，饱和蒸汽常被用作驱动汽轮机、发电机以及工业生产中的动力源。
饱和蒸汽的高温高压性质使其能够有效转换热能为机械能，实现能量的转换和利用。
2. 空调与湿度控制湿空气在空调系统中起到重要的作用。
通过调节湿度和相对湿度，可以控制室内空气的舒适度。
对于一些特定的场合，如实验室、制药厂等，湿度控制更是至关重要，以确保生产和实验的正常进行。
3. 温湿度测量饱和蒸汽和湿空气的温湿度参数也常被用于工业自动化控制与测量中。
通过测量和监控系统中的湿度和温度，可以实现自动控制和调节，提高生产效率和产品质量。
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v0 v ( )
1 k 1
c12 T0 T1 2c p
下角标为0的 是定熵滞止参数
下角标为1的 是进口参数
二、喷管的出口流速 由绝热稳定流动能量方程
c c (h1 h 2) 2
2 2 2 1
对理想气体
k 1 k p2 2k c2 RT0 1 p k 1 0
1 M=1 2
p1 p 2
M<1
p1 p 2
§ 9-3 喷管中流速及流量计算
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
p0 T0 p1 T 1
T1 1 T 0
k k 1
参数表达式
c h0 h1 2
2 1
M<1
管道种类
M>1
df 0 f
渐缩渐扩扩喷管 M<1转M>1 渐缩渐扩扩压管 M>1转M<1 M<1
喷管
dc>0 dp<0
1
2
1
2
df 0 f
1 M=1 2
p1 p 2
M>1
p1 p 2
2
df 0 f
p1 p 2
dp>0 1 扩压管 dc<0 p1 p 2
1
2
df 0 f
M>1
1 M>1 超音速 2 M=1 临界音速
3 M<1 亚音速
§ 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
由此可见
cdc vdp
导致 导致 喷管中的 流动特性
dc>0
dp<0
dc < 0
dp > 0
扩压管中 的流动特性
二、管道截面变化的规律
cdc vdp
节流前后焓不变,温度不一定不变 绝热节流温度效应 热效应 零效应 冷效应
温度升高
温度不变
温度降低
温度效应只与气体的性质有关,与其状态无关
绝热节流系数（焦尔－汤姆逊系数）
定义式
T 物性参数 j ( )h p 反映与理想气体的偏差
v T( )p v T j ( ) h T p cp
k
mmax f 2
0
a
pc / p1
k 2 k 1 p1 2 ( ) (kg / s) k 1 k 1 v1
2
1.0 pb / p1
（2）渐缩渐扩喷管的流量计算 正常工作时 M= mmax f min
k 2 k 1 p1 2 ( ) (kg / s) k 1 k 1 v1
2
五、喷管的计算 1 喷管的设计计算 出发点：
即
pb pc
p2 pb
p2 pc
2）当
即 pb pc
喷管的最大流量
mmax
f c cc vc
kg/s
§ 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
p2 pb
已知
1) 当 2）当
p0、T0、k、pb、f
pb pc 即 p0 p0
pb pc p0 p0
pb pc 采用渐缩喷管。
即 pb pc 采用缩扩喷管。
（2）渐缩喷管的校和计算
已知
1) 当
p0、T0、k、pb、f
pb pc p0 p0
pb pc p0 p0
特别的对 双原子气体：
k k 1
pc vc pc ( ) p1v1 p1
k 1 k
0.528
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 2 （1）渐缩喷管的质量流量计算 出口截面 质量流量 理想气体 的定熵流动
f 2 c2 m v2
对实际气体
c2 44.72 c p (T0 T2 )
三、临界压力比及临界流速
(1)临界压力比
pc p1
临界压力
代入出口流速方程
进口压力
k 1 c k
p k cc 2 p1v1[1 ( ) k 1 p1
]
临界流速表达式
cc ac kpc vc
定熵过程 方程式：
pc 2 ( ) p0 k 1
焓的热力学 微分方程式 绝热节流过程 中焓变为零
v T( )p v T
<0 >0 =0
产生热效应 产生冷效应 产生零效应
气体和蒸汽的 流动的特性及 其应用
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
§ 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 绝热稳定流动 能量方程 定熵过程 方程
微 分
dp dv k 0 p v
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
dp dv 定熵过程 k 0 p v
压力波的传播过程 可作定熵过程处理
a kRT
理想气体 只随绝对温度而变
(2) 马赫数
定义式
c M a
流速
当地音速
三种音速
2 2 2 1
c c (h1 h 2) 2
2 2 2 1
注：增速以降低 本身储能为代价
适用于任何工质
c d dh 2
2
可逆和不可逆过程
(3) 定熵过程方程式
可逆绝热过程方程式
注意:
适用条件: (1)理想气体 (2)定比热 (3)可逆 变比热时 K取 过程范围内的平均值
pv
k
= const
§ 9-6
绝热节流
不可逆性： 流体在通过缩孔时动能增加，压力下降并 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。
绝热节流前后参数的变化
(1) 对理想气体 1 p1h1c1
p2 h2c2
2
温度不变
焓不变
压力下降
p h c
比容增加
熵增加 注:理想气体的焓 是温度的单值函数
2) 对实际气体
扩压管的扩压比概 念
定义式
p2 p1
进口压力
出口压力
2 T2 c12 c2 1 T1 2c pT1
2 由能量 c12 c2 c pT1 c pT2 方程得 2 2
p2 T2 ( ) 则定熵过程 p1 T1
k k 1
c c (1 ) 2c pT1
2 1 2 2
k k 1
连续性方程
df dc 2 ( M 1) f c
气流速度变化
M>1 df>0 渐扩 M<1 M>1 df<0 df>0 渐缩渐扩
可逆绝热过程方程 管道截面变化 M<1 df<0 渐缩 M=1 df=0 临界截面
喷管 dc>0
注:扩压管dc<0,故不同音速下的形状与喷管相反
流动状态
喷管和扩压管流速变化与截面变化的关 系
恒定的流量
连续性方程
(1) 连续性方程
由稳态稳流特点
m1 m2 ....... m const
fc m v
截面面积 气流速度 气体比容
dc df dv 适用于任何工质 0 c f v 可逆和不可逆过程
(2) 绝热稳定流动能量方程
c c q (h2 h1) g ( z2 z1 ) ws 2
§ 9-5 具有摩擦的流动
速度系数 定义式 c2 ' c2 消耗一部分功
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
2 c2 ' h 1 h2 ' 2 2 2 c2 h 1 h2 2
一般在0.9至0.95之间
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
注意
p2
的取值
pv p v
k 1 1
k 2 2
pb pc p 2 pb
pb pc p 2 pc
m f2
k p1 p p 2 [( ) ( ) k 1 v1 p1 p1
2 2 k
K 1 2 K
] (kg / s)ຫໍສະໝຸດ mmmaxc
b
pc 2 k 1 ( ) p1 k 1