《可壓縮流體的流動(dòng)》PPT課件

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1、第八章可壓縮流體的流動(dòng)本章重點(diǎn)掌握1等熵的基本概念2定常可壓無摩擦絕熱管流的基本方程3收縮噴嘴的計(jì)算問題：什么是可壓縮流動(dòng)？?可壓縮流體：流體密度ρ≠cont，如爆炸和水錘情形下的液體氣體（Ma>0.3)?不可壓縮流體：流體密度ρ=cont,如液體氣體（馬赫數(shù)Ma<0.3)一、聲速與馬赫數(shù)ABdVp,?,V=0dF聲速（a）是小擾動(dòng)壓力波在靜止介質(zhì)中的傳播速度,反映了介質(zhì)本身可壓縮性的大小。若活塞間流體不可壓：擾動(dòng)瞬時(shí)傳遞到B,聲速a→∞ABdVdFdVp1=p+dp?1=?+d?V1=dv1聲速

2、ABp1,?1V=dVp,?V=0dF?在可壓縮流體介質(zhì)中壓強(qiáng)擾動(dòng)一有限速度傳播，此速度即聲速。p1=p+dp?1=?+d?V1=dvx擾動(dòng)后擾動(dòng)前若活塞間流體可壓：ABa-dVadF取與聲波波面一起運(yùn)動(dòng)的控制體：由連續(xù)性方程與動(dòng)量方程：?聲速代表了介質(zhì)可壓縮性的大小，可壓縮性越大，聲速越小。x?對(duì)于完全氣體，聲波的傳播是可逆絕熱過程，其聲速大小為：其中，R為氣體常數(shù),k為絕熱指數(shù)，對(duì)于完全氣體取1.4，Cp、Cv分別為定壓和定容比熱（293頁）。2馬赫數(shù)馬赫數(shù)反映介質(zhì)可壓縮性對(duì)流體流動(dòng)影響的大小

3、，當(dāng)Ma小于0.3時(shí)，可當(dāng)作不可壓縮流動(dòng)處理。Ma<1:亞音速流Ma>1:超音速流Ma>3:高超音速流?根據(jù)馬赫數(shù)對(duì)流動(dòng)進(jìn)行分類跨音流，流場(chǎng)中即有亞音流動(dòng)又有超音流的流動(dòng)透平葉柵內(nèi)的跨音速流動(dòng)結(jié)構(gòu)二、微弱擾動(dòng)波的傳播擾動(dòng)源(a)靜止波1Ma=0在靜止介質(zhì)中的傳播擾動(dòng)波從擾動(dòng)產(chǎn)生點(diǎn)以聲速徑向向外傳播，沿周向能量的輻射均勻。2Ma<1(擾動(dòng)源以亞音速向左運(yùn)動(dòng)）聲波從擾動(dòng)源發(fā)射后仍然以球面形式向外傳播，由于擾動(dòng)源的速度小于聲速，因此擾動(dòng)源總是落后于聲波。在這種條件下位于擾動(dòng)源前方的觀察者接收的擾動(dòng)能量最

4、強(qiáng)。(b)Ma<1?????擾動(dòng)中心??擾動(dòng)源前方能量集中、頻率增加?擾動(dòng)源后方能量分散、頻率下降實(shí)際例子：站臺(tái)上的人聽到的火車進(jìn)站、出站的汽笛聲調(diào)不一樣。(b)Ma<1V

5、。(c)Ma=1V=a????擾動(dòng)中心?擾動(dòng)不可到達(dá)區(qū)/寂靜區(qū)馬赫線t=0?當(dāng)擾動(dòng)源靜止，來流以音速自左向右運(yùn)動(dòng)：?擾動(dòng)不能傳播到擾動(dòng)源上游?擾動(dòng)源向上游傳播速度為0、下游傳播速度2a4Ma>1.(擾動(dòng)源以超亞音速向左運(yùn)動(dòng))(d)Ma>1V>a????擾動(dòng)中心?擾動(dòng)不可到達(dá)區(qū)/靜音區(qū)?θ馬赫線擾動(dòng)區(qū)由于聲波的傳播速度小于擾動(dòng)源的運(yùn)動(dòng)速度，因此擾動(dòng)源發(fā)射的小擾動(dòng)壓強(qiáng)波總是被限制在一個(gè)錐形區(qū)域內(nèi)，該錐形區(qū)域即為馬赫錐。?馬赫角θ：馬赫錐的半角Ma增加，馬赫角減少。V>a?????θ馬赫線思考：位于地面

6、的觀察者，超速飛機(jī)掠過頭頂上方時(shí)能否聽到發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度的轟鳴？思考：飛行馬赫數(shù)越大，擾動(dòng)可到達(dá)區(qū)域越大還是越??？三、氣體一維定常等熵可壓流的基本方程無摩擦(不計(jì)粘性）、絕熱的流動(dòng)即為等熵流。2定常等熵可壓縮流動(dòng)的基本方程?連續(xù)性方程1什么是等熵流動(dòng)？?能量方程u表示單位質(zhì)量流體的內(nèi)能，上式表明在一維等熵可壓縮流中，各截面上單位質(zhì)量流體具有的壓強(qiáng)勢(shì)能、動(dòng)能與內(nèi)能之和保持為常數(shù)。－－可壓縮流體的伯努利方程?運(yùn)動(dòng)方程3、三種特定狀態(tài)（1）滯止?fàn)顟B(tài)：以可逆和絕熱方式使氣體的速度降低到零時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。相應(yīng)的參

7、數(shù)稱為滯止參數(shù)或總參數(shù)，如滯止焓/總焓、滯止溫度/總溫、滯止壓強(qiáng)/總壓….定義：?氣體一維定常等熵可壓流的能量方程可為：即滯止焓、總溫、總壓沿流向保持不變。?滯止壓強(qiáng)和溫度與靜壓靜溫的關(guān)系滯止點(diǎn)2?在不可壓縮流中用法一：已知Ma和總參數(shù)，求靜參數(shù)。用法三：已知Ma和靜參數(shù)，求總參數(shù)。用法二：已知靜參數(shù)和總參數(shù)，求Ma。?滯止關(guān)系的用途：大氣環(huán)境大容器調(diào)節(jié)閥?在等熵條件下?無窮遠(yuǎn)處氣流速度接近0，故氣體的狀態(tài)即為滯止?fàn)顟B(tài)?從靜止大氣起動(dòng)的可壓縮流動(dòng)（2）最大速度狀態(tài)：以可逆和絕熱方式使氣體壓強(qiáng)和溫度

8、降低到零、速度達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。利用最大速度描述的能量方程為：即假設(shè)將熱能全部轉(zhuǎn)換為動(dòng)能（不可實(shí)現(xiàn)）（3）臨界狀態(tài)：以可逆和絕熱方式使氣體的速度等于當(dāng)?shù)匾羲伲鄳?yīng)的音速稱為臨界音速，臨界參數(shù)用“*”表示。利用臨界音速描述的能量方程為：?臨界狀態(tài)下滯止參數(shù)與靜參數(shù)的關(guān)系Ma=14小結(jié)對(duì)于一維定常可壓等熵流有:沿流向?速度沿流動(dòng)方向的變化率不僅與截面面積變化率相關(guān)，還與運(yùn)動(dòng)速度是大于或小于聲速相關(guān)。?速度沿流向的變化率總與壓強(qiáng)和密度的變化率相反。s管道內(nèi)的等熵流動(dòng)四噴管中的等熵流