《氣體流動的基本方程和基本概念》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《氣體流動的基本方程和基本概念（37頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理,西安交通大學流體機械研究所,西安交通大學流體機械國家專業(yè)實驗室,聞蘇平,流體機械原理（離心壓縮機部分）,流體機械原理 聞蘇平主講,第一章,氣體流動的基本方程和基本概念,流體機械原理 聞蘇平主講,一元流動假設,實際氣體在離心壓縮機內(nèi)部流動是三維（三元）、非穩(wěn)定（非定常）、湍流的復雜流動。研究及其復雜。,所謂一元流動假設，是指氣流參數(shù)（如流速、壓力等）僅沿主流方向有變化，而垂直于主流方向上無變化。,流體機械原理 聞蘇平主講,離心壓縮機的關鍵截面,流體機械原理 聞蘇平主講,離心

2、葉輪的速度三角形,絕對速度,C,、相對速度,W,、圓周速度,U，,C,1u,被稱為進口預旋,流體機械原理 聞蘇平主講,速度三角形形成,相對速度 w,圓周速度 u;,u=r,；方向與轉向相同，與旋轉圓相切。,絕對速度 c;,C,r,絕對速度的徑向分速度，沿葉輪半徑方向。C,r,=q/A,C,u,絕對速度的周向分速度，沿圓周速度方向。,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,例題,畫出有正預旋時離心葉輪葉片進口速度三角形，標出,u,1,、,C,1,、,C,1r,、,C,1u,、,W,1,、,1,、,1,和,1A,（設沖角為零）。再用另

3、一種顏色的筆在同一張圖上針對同一葉輪畫出流量增加時的葉片進口速度三角形，請標出發(fā)生變化的量，并說明此時沖角的正負。,C,1,*,C,1,r,*,W,1,*,C,1,C,1r,W,1,u,1,C,1u,C,1u,*,流量增加后的圖形加上標*表示,流體機械原理 聞蘇平主講,連續(xù)方程,連續(xù)方程是質量守恒定律在流體力學中的數(shù)學表達式。在氣體作定常一元流動的情況下，流經(jīng)機器任意截面的質量流量相等，其連續(xù)方程表示為：,流體機械原理 聞蘇平主講,葉輪出口體積流量：,流體機械原理 聞蘇平主講,為了反映流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關系，常應用連續(xù)方程在葉輪出口的表達式為：,流體機械原理 聞蘇平主講,歐拉方

4、程,歐拉方程式用來計算原動機通過軸和葉輪將機械能轉換給流體的能量的。離心葉輪的歐拉方程為：,歐拉第二方程式：,靜壓能增量 動能增量 靜壓能增量,流體機械原理 聞蘇平主講,歐拉方程的物理意義為：,歐拉方程指出的是葉輪與流體之間的能量轉換關 系，它遵循能量轉換與守恒定律；,只要知道葉輪進出口的流體速度，即可計算出一千克流體與葉輪之間機械能轉換的大小，而不管葉輪內(nèi)部的流動情況；,適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機也適用與葉輪式的泵；,推而廣之只需將等式右邊各項的進出口符號調換一下，亦適用于葉輪式的原動機。,流體機械原理 聞蘇平主講,理論能量頭的影響因素分析,圓周速度：,n 或,D,2,u,

5、2,h,th,，影響最顯著。,流量系數(shù)：,在其它參數(shù)一定時，q c,2r,則 h,th,即：流量增加，則壓頭降低。,流體機械原理 聞蘇平主講,能量方程,能量方程用來計算氣流溫度(或焓)的增加和速度的變化。根據(jù)能量轉換與守恒定律，外界對級內(nèi)氣體所做的機械功和輸入的能量應轉化為級內(nèi)氣體熱焓和能量的增加，對級內(nèi)1千克氣體而言，其能量方程可表示為：,流體機械原理 聞蘇平主講,能量方程的物理意義為：,表示由葉輪所做的機械功，轉化為級內(nèi)氣體溫度(或焓)的升高和動能的增加；,對有粘無粘的氣體都適用，因為對有粘氣體所引起的能量損失也以熱量形式傳遞給氣體，從而式氣體溫度(焓)升高；,可認為氣體在機器內(nèi)做絕熱運動

6、，q0；,該方程適用于一級，也適用于多級整機或其中任一通流部件，這由所取的進出口截面決定。,流體機械原理 聞蘇平主講,伯努利方程,應用伯努力方程將流體所獲得的能量區(qū)分為有用能量和能量損失，并引用壓縮機中所最關注的壓力參數(shù)，以顯示出壓力的增加。葉輪所做的機械功還可與級內(nèi)表征流體壓力升高的靜壓能聯(lián)系起來，表達成通用的伯努力方程，對級內(nèi)流體而言有,流體機械原理 聞蘇平主講,伯努利方程的物理意義為：,表示葉輪所做機械功轉換為級中流體的有用能量(靜壓能和動能增加)的同時，還需付出一部分能量克服流動損失或級中的所有損失；,它建立了機械能與氣體壓力p、流速c和能量損失之間的相互關系；,該方程適用一級，亦適用

7、于多級整機或其中任一通流通部件，這由所取的進出口截面而定；,對于不可壓縮流體來說應用伯努利方程計算壓力的升高是方便的。而對于可壓縮流體，尚需獲知壓力和密度的函數(shù)關系才能求解靜壓能頭積分，這還要聯(lián)系熱力學的基礎知識加以解決。,流體機械原理 聞蘇平主講,壓縮過程與壓縮功,應用特定的熱力過程方程可求解上述靜壓能量頭增量的積分，從而計算出壓縮功或壓力升高的多少。每千克氣體所獲得的壓縮功也稱為有效能量頭，如對多變壓縮功而言，則有：,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,將連續(xù)方程、歐拉方程、能量方程、伯努利方程、熱力過程方程和壓縮功的表達

8、式相關聯(lián)，就可知流量和流體速度在機器中的變化，而通常無論是級的進出口，還是整個壓縮機的進出口，其流速幾乎相同，故這部分進出口的動能增量可略而不計。同時還可獲知由原動機通過軸和葉輪傳遞給流體的機械能，而其中一部分有用能量即靜壓能頭的增加，使流體的壓力得以提高，而另一部分是損失的能量，它是必須付出的代價。還可獲知上述靜壓能頭增量和能量損失兩者造成流體溫度(或焓)的增加，于是流體在機器內(nèi)的速度、壓力、溫度等諸參數(shù)的變化規(guī)律也就都知道了。,流體機械原理 聞蘇平主講,連續(xù)方程：,歐拉方程：,能量方程：,伯努力方程：,狀態(tài)方程：,壓縮過程方程：,流體機械原理 聞蘇平主講,流體機械原理 聞蘇平主講,級效率,

9、離心式壓縮機或級的效率是用來表達葉輪傳遞給氣體的機械能的利用程度。常用的效率表示有多變效率,pol,、等熵效率,s,和流動效率,hyd,。,流體機械原理 聞蘇平主講,多變效率,pol,多變效率,pol,是指氣體由壓力,p,1,增加到壓力,p,2,所需的多變壓縮功與實際所耗總功之比,流體機械原理 聞蘇平主講,等熵效率,s,等熵效率,s,是指氣體由壓力,p,1,增加到壓力,p,2,所需的等熵壓縮功與實際所耗總功之比,流體機械原理 聞蘇平主講,流動效率,hyd,流動效率,hyd,是指級的多變壓縮功與葉輪傳遞給氣體的理論功之比,流體機械原理 聞蘇平主講,溫度、壓力的計算,溫度計算,離心壓縮機氣流流速較

10、快，其溫度變化差值可認為恒定，對外界可按無熱交換，q=0 。,壓縮機進口參數(shù)：,任意截面參數(shù)：,由能量方程：,流體機械原理 聞蘇平主講,思考題：,5個基本方程都解決了哪些問題？,連續(xù)方程：壓縮機結構設計。,歐拉方程：氣體經(jīng)過高速旋轉的葉輪獲得多少能量。,能量方程：獲得的能量使氣體的溫度和動能增加。,伯努利方程：能量如何進行分配。,熱力過程方程和壓縮功的表達式關聯(lián)：氣體壓力升高到規(guī)定值需要多少有效能量頭。,流體機械原理 聞蘇平主講,例題,測得空氣離心壓縮機級的下列參數(shù)：級進口溫度,T,in,=293 K，級進口壓力,P,in,=101300 Pa，級進口滯止溫度,T,out,=350.58 K，級出口壓力,P,out,=167145 Pa，級進出口速度,C,in,=,C,out,=20 m/s，空氣物性參數(shù)為R=287 J/(KgK)，k=1.4;,求：,（1）級的多變壓縮功W,pol,和總耗功,W,tot,（J/Kg）；,（2）級的平均多變效率,pol,；,（3）級中的總損失h,loss,。,流體機械原理 聞蘇平主講,解：,流體機械原理 聞蘇平主講,謝謝,流體機械原理 聞蘇平主講,