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1、噴管流動特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系噴管流動特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系摘要:針對管內(nèi)流動規(guī)律的一般應(yīng)用中存在的問題,著重討論了噴管內(nèi)工質(zhì)流動特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系,從而更準確更完整地反映了噴管內(nèi)工質(zhì)流動規(guī)律。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:噴管;流動特性;變化規(guī)律通常在研究噴管內(nèi)工質(zhì)流動特性時,只著重于對噴管外形的確定,所以總是以狀態(tài)參數(shù)變化為前提,去探討工質(zhì)流動截面(即管道截面)的相應(yīng)變化。這時由可逆絕熱流動的基本方程組,即連續(xù)性方程、能量方
2、程和過程方程,整理出如下兩個關(guān)系式:很明顯,式(1)、(2)反映了工質(zhì)流速c、壓力P、截面A之間的變化關(guān)系。從數(shù)學(xué)角度而言,這幾個量是可以互為變化前提的。但對具體的管內(nèi)流動來說,究竟誰是其中的決定性因素,從而控制著(導(dǎo)致)其它兩個量的相應(yīng)變化,這自然是一個非常重要的問題。但這一問題在很多文獻[1~3]中并無明確地闡述。顯然,要揭示清楚噴管內(nèi)工質(zhì)的流動規(guī)律,必須揭示清楚上式中各個量的決定與被決定關(guān)系,不然問題的實質(zhì)就不會充分地顯現(xiàn)出來,所
3、得結(jié)論也是不完整的,也就無法滿足實際應(yīng)用的需要。特別是個別文獻還錯誤地強調(diào)了這種關(guān)系,從而讓人產(chǎn)生各種疑惑甚至是誤解。這也是許多人在學(xué)習(xí)了噴管內(nèi)流動特性之后,對一些管內(nèi)流動現(xiàn)象還仍然解釋不清,甚至出現(xiàn)概念上的錯誤的根本原因。1對噴管內(nèi)流動特性與管道截面變化規(guī)律關(guān)系的分析對噴管內(nèi)流動特性與管道截面變化規(guī)律關(guān)系的分析任何一種流動都是在一定的外部條件作用下產(chǎn)生的。隨流動條件的不同,管內(nèi)流動現(xiàn)象才是多種多樣的。就噴管流動而言,其流動條件應(yīng)包括如
4、下兩個方面:(一)力學(xué)條件:即噴管前后的壓差;(二)幾何條件:即噴管長度L和噴管流動方向(設(shè)為x方向)的截面變化規(guī)律A=f(x)。工質(zhì)降壓升速、升壓減速等流動特性,即工質(zhì)壓力P、比容v、流速c包括流動截面A的相互變化關(guān)系,應(yīng)屬流體自身屬性,這種屬性不會自發(fā)地表現(xiàn)出來,它是從屬于流動的外部條件而存在的。這里的力學(xué)條件是工質(zhì)流動和膨脹的動力,幾何條件是工質(zhì)連續(xù)降壓增速的保證。在流動產(chǎn)生前和流動過程中,其力學(xué)條件和幾何條件都是客觀的,兩者共同
5、確定了相應(yīng)的流動特性,缺一不可。比如,即使在力學(xué)條件完全具備的情況下,若沒有幾何條件的保證,流體降壓升速等屬性也不會自發(fā)地表現(xiàn)出來。對此還可以用一個簡單的例子來加以說明:設(shè)流動的力學(xué)條件為初壓P1與背壓Pb,在流動產(chǎn)生之前,只有P1、Pb基礎(chǔ),其結(jié)論相對更完整、更準確,更切合管內(nèi)流動的本質(zhì),應(yīng)用起來也一定是可靠的、準確的。完整的結(jié)論必有利于問題的正確求解和深入分析。比如,對幾個常讓人疑惑和誤解的流動現(xiàn)象可分析如下:(1)當設(shè)計工況下的拉
6、伐爾噴管不斷地提高和降低背壓時(即改變力學(xué)條件),由于流動的幾何條件未變,在噴管內(nèi)部,將一定程度地維持原膨脹過程不變,實現(xiàn)一系列的“過度膨脹”和“膨脹不足”。(2)同理,將設(shè)計工況下的拉伐爾噴管在出口端截短或加長,在相同的力學(xué)條件下,隨幾何條件的變化,膨脹過程相應(yīng)被截短或加長,產(chǎn)生相應(yīng)的膨脹不足和過度膨脹,見圖1。(3)引射器工作原理的熱力學(xué)分析:引射器屬拉伐爾噴管和超音速擴壓管的聯(lián)合裝置。在工程上經(jīng)常被采用。例如電廠汽輪機的主要輔助
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