1、,2019年5月31日星期五,CFM56发动机,2019年5月31日星期五,气动热力学基础,1、连续方程 2、能量方程 3、音速 4、马赫数 5、滞止参数,6、变截面管流 7、临界参数 8、速度系数 9、密流函数 10、激波,1、连续方程,2019年5月31日星期五,2、能量方程,2019年5月31日星期五,同时可以看出，气体在变截面流管中的流动，气流的速度与温度同时变化。气体加速，T降低 宏观动能 内部储能 气体减速，T升高 宏观内能 内部储能,示例,2019年5月31日星期五,以发动机的进气道为例。V0=0 进口速度124.3m/s T0=288.15K 进口温度280.4K,示例,201
2、9年5月31日星期五,以发动机的尾喷管为例。尾喷管进口速度174m/s、出口速度417m/s 尾喷管进口温度507.6K 出口温度442.6K,3、音速,2019年5月31日星期五,音速随当地温度变化而变化,并不是定值,示例: T=15C C=340.3m/s,4、马赫数,2019年5月31日星期五,Ma：气体速度与当地音速之比,Ma=0.3 Ma=0.6？,作业1,2019年5月31日星期五,（1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也增加一倍？为什么？（2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速度是否也增加1倍？为什么？,5.滞止参数,稳态一维定常流动的能量方程：定常流动中v等熵地将为0的点，称为驻
3、点、滞止点。,2019年5月31日星期五,5.滞止参数,定比热容的理想气体：带入总焓的公式，可得到,2019年5月31日星期五,5.滞止参数,2019年5月31日星期五,5.滞止参数,环境温度：15C、 音速C=340m/s 行走 1m/s Ma=0.003 T=15.0005 C 自行车 18km/h Ma=0.015 T=15.0125 C 汽车 108km/h Ma=0.088 T=15.4482 C 客机 700km/h Ma=0.57 T=33.7403 C 战斗机 2Ma T=245.319 C 流星 10000km/h T=3830.53 C,2019年5月31日星期五,发动机喷
4、管速度演示,常规风速12级风32m/s 发动机地面慢车喷口速度100-120m/s,2019年5月31日星期五,录像演示,6 变截面管流,发动机内部工质是可压缩气体 可压缩气体高速流动时，存在神奇现象,2019年5月31日星期五,V ,6 变截面管流,超声速气体进入变截面管道,2019年5月31日星期五,？ V ,？ V ,6 变截面管流,通过速度变化率与面积变化率的关系理解Ma1 dv与dA同号 dA0 dv0,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,超音速气流举例,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,气流速度与管道截面变化的关系,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,思考
5、题 如何设计亚音速进气道？亚音速客机在设计高度以0.8Ma巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55Ma。,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,要用扩张型进气道,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,思考题 如何设计超音速进气道？超音速战机在设计高度以2Ma巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55Ma。,2019年5月31日星期五,6 变截面管流,前方气流 2Ma 0.55Ma 使用纯收缩管道是否可以?,2019年5月31日星期五,是否需要使用二元进气道?,6 变截面管流,Ma=1时，dA=0 截面积取极值，称为临界截面,2019年5
6、月31日星期五,6 变截面管流,以收缩管道为例理解临界截面,2019年5月31日星期五,288.15K,100000Pa,小结,在绝能管流中，气体总温永远不变； 在绝能等熵流动中，总压不变，若流动不等熵，总压下降 在绝能流动中，若气流速度发生变化，静温和当地音速也将发生变化 在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至音速，超音速气流最低可降至音速； 临界截面只能是管道的最小截面，气流只能在最小截面处达到音速。,2019年5月31日星期五,7 临界参数,假设气体在管道中作等熵加速流动，那么随着气体速度的增加，当地音速不断下降。,2019年5月31日星期五,7 临界参数,对于一维绝能流动将 带入上式,2
7、019年5月31日星期五,7 临界参数,2019年5月31日星期五,分析下面的绝能流动方程气流速度与当地音速都在变化,不易计算Ma 定义气流速度与临界速度之比为速度系数,其与Ma有单值对应关系,8 速度系数,2019年5月31日星期五,区别与Ma的关系,8 速度系数,2019年5月31日星期五,Ma=0 =0 Ma=1 =1 Ma1 1 Ma= ,8 速度系数,2019年5月31日星期五,思考题：在绝能流动中，如果气流速度增加2倍，那么下面的论述是否正确？（1）Ma增加2倍 （2）增加两倍,8 速度系数,2019年5月31日星期五,在流量公式中，、V随A的变化而变化， 难以计算引入新定义：密流
8、：通过单位面积的流量,9 密流函数,2019年5月31日星期五,密流函数（流量函数、无量纲密流） 所研究截面密流与对应的临界截面密流之比流量： 面积： 密流： 密流函数：,9 密流函数,2019年5月31日星期五,与 的关系,9 密流函数,2019年5月31日星期五,对于一维绝能流管：若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加；若气流 为超声速，随着流速增加，密流减小。用密流函数表示流量公式：,9 密流函数,2019年5月31日星期五,以上公式的推导：,9 密流函数,2019年5月31日星期五,思考题：亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到临界状态，如果：（1）增加进口气流的总压，流量如何变
9、化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？（2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？,9 密流函数,2019年5月31日星期五,思考题：亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到亚临界状态，如果：（1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？（2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？,9 密流函数,2019年5月31日星期五,在喷气发动机的进气道、压气机、涡轮导向器和非正常设计的尾喷管都会存在激波。正激波前流速必为超音速，之后必为亚音速。激波的传播速度大于音速,10 激波,2019年5月31日星期五,2019年5月31日星期五,
