噴管流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系

1、噴管流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系噴管流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系摘要：針對(duì)管內(nèi)流動(dòng)規(guī)律的一般應(yīng)用中存在的問(wèn)題，著重討論了噴管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律的關(guān)系，從而更準(zhǔn)確更完整地反映了噴管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)規(guī)律。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：噴管；流動(dòng)特性；變化規(guī)律通常在研究噴管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)特性時(shí)，只著重于對(duì)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(dòng)截面(即管道截面)的相應(yīng)變化。這時(shí)由可逆絕熱流動(dòng)的基本方程組，即連續(xù)性方程、能量方

2、程和過(guò)程方程，整理出如下兩個(gè)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(gè)量是可以互為變化前提的。但對(duì)具體的管內(nèi)流動(dòng)來(lái)說(shuō)，究竟誰(shuí)是其中的決定性因素，從而控制著(導(dǎo)致)其它兩個(gè)量的相應(yīng)變化，這自然是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。但這一問(wèn)題在很多文獻(xiàn)［１～3］中并無(wú)明確地闡述。顯然，要揭示清楚噴管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng)規(guī)律，必須揭示清楚上式中各個(gè)量的決定與被決定關(guān)系，不然問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就不會(huì)充分地顯現(xiàn)出來(lái)，所

3、得結(jié)論也是不完整的，也就無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。特別是個(gè)別文獻(xiàn)還錯(cuò)誤地強(qiáng)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(dòng)特性之后，對(duì)一些管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象還仍然解釋不清，甚至出現(xiàn)概念上的錯(cuò)誤的根本原因。1對(duì)噴管內(nèi)流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律關(guān)系的分析對(duì)噴管內(nèi)流動(dòng)特性與管道截面變化規(guī)律關(guān)系的分析任何一種流動(dòng)都是在一定的外部條件作用下產(chǎn)生的。隨流動(dòng)條件的不同，管內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象才是多種多樣的。就噴管流動(dòng)而言，其流動(dòng)條件應(yīng)包括如

4、下兩個(gè)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(zhǎng)度L和噴管流動(dòng)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(dòng)特性，即工質(zhì)壓力P、比容v、流速c包括流動(dòng)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(huì)自發(fā)地表現(xiàn)出來(lái)，它是從屬于流動(dòng)的外部條件而存在的。這里的力學(xué)條件是工質(zhì)流動(dòng)和膨脹的動(dòng)力，幾何條件是工質(zhì)連續(xù)降壓增速的保證。在流動(dòng)產(chǎn)生前和流動(dòng)過(guò)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(dòng)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(méi)有幾何條件的保證，流體降壓升速等屬性也不會(huì)自發(fā)地表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)此還可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)加以說(shuō)明：設(shè)流動(dòng)的力學(xué)條件為初壓P１與背壓Ｐb，在流動(dòng)產(chǎn)生之前，只有P１、Pb基礎(chǔ)，其結(jié)論相對(duì)更完整、更準(zhǔn)確，更切合管內(nèi)流動(dòng)的本質(zhì)，應(yīng)用起來(lái)也一定是可靠的、準(zhǔn)確的。完整的結(jié)論必有利于問(wèn)題的正確求解和深入分析。比如，對(duì)幾個(gè)常讓人疑惑和誤解的流動(dòng)現(xiàn)象可分析如下：(1)當(dāng)設(shè)計(jì)工況下的拉

6、伐爾噴管不斷地提高和降低背壓時(shí)(即改變力學(xué)條件)，由于流動(dòng)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(guò)程不變，實(shí)現(xiàn)一系列的“過(guò)度膨脹”和“膨脹不足”。(2)同理，將設(shè)計(jì)工況下的拉伐爾噴管在出口端截短或加長(zhǎng)，在相同的力學(xué)條件下，隨幾何條件的變化，膨脹過(guò)程相應(yīng)被截短或加長(zhǎng)，產(chǎn)生相應(yīng)的膨脹不足和過(guò)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(kuò)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(jī)的主要輔助