Оглавление

01.Термодинамические характеристики рабочего тела, параметры состояния. Первый и второй законы термодинамики. Изменение энтропии. 3

02.Основные понятия механики жидкости и газа плотность и сплошность среды, основные определения, виды течении. Понятие о полных параметрах состояния. 5

03.Общее и различия в течениях жидкостей и газов, молекулярно-кинетическое обоснование. 6

04.Кризис течения в сжимаемых жидкостях, запирание по расходу (см. также вопрос 26). 7

05.Вязкость и внутреннее трение в жидкостях и газах. Зависимость вязкости от параметров состояния. 8

06.Механизмы перехода кинетической энергии в потенциальную энергию. Параметры торможения. Распределение параметров состояния по обводам обтекаемого тела. 9

07.Основные гидродинамические понятия, свойства элементарной струйки тока, виды расхода, плотность тока. Причины различия расхода через поперечное и живое сечения канала. 10

08.Характерные скорости потока. Эквивалентность изменения скорости и работы расширения-сжатия. Безразмерные скорости и связь между характерными скоростями в размерном и безразмерном ви 11

09.Газодинамические функции параметров торможения. Критические и полные параметры. 13

10.Нестационарное одномерное уравнение неразрывности в полных и в статических параметрах. Примеры проявления нестационарности (гидроудар, помпаж и пр.). 14

11.Газодинамическая форма уравнения неразрывности. Газодинамические функции расхода. 15

12.Анализ формулы расхода. Запирание каналов по расходу (см. также уравнение Гюгонио). Воздействия, способные вызвать запирание каналов по расходу. 16

13.Силы, действующие в жидкости. Уравнения движения в форме Эйлера и Навье-Стокса. 18

14.Анализ и применение уравнений Эйлера - радиальное равновесие, универсальный закон изменения окружной составляющей скорости. Уравнение Эйлера в гидростатике - абсолютное и относител 19

15.Уравнение движения в форме Громеки-Лемба и интеграл Коши-Лагранжа. Энергетическая форма Крокко. Условия постоянства полной энтальпии. 20

16.Интеграл Бернулли, условия постоянства полной механической энергии. Анализ уравнения Бернулли. 21

17.Уравнение количеств движения (первое уравнение Эйлера) в общем виде. Тензор импульса и его компоненты. Неконсервативная форма для расчета силового взаимодействия потока и обтекаемы 22

18.Нестационарное и стационарное одномерное уравнение количеств движения. Уравнение количества движения для элементарной струйки. 23

19. Уравнение моментов количеств движения (второе уравнение Эйлера). Крутящий момент, мощность и работа одной ступени лопаточной машины; связь работы с силами, действующими на лопатки. 24

20. Энергетическая форма уравнения моментов количества движения, коэффициенты нагрузки (закрутки, напора), напорность ступени. Понятие о принципе работы турбомашин. 25

21. Общая форма одномерного стационарного уравнения энергии в тепловой и механической форме (обобщенное уравнение Бернулли). 26

22. Уравнение энергии для идеального и реального энергоизолированного течения, политропический интеграл, характеристики потерь и их взаимосвязь. Особенности гидродинамической трактовки коэффициента потерь кинетической энергии. 27

23. Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений - конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение. 28

24. Потери при повороте потока, вторичные течения. 29

25. Расчет потерь. Суммирование и взаимовлияние потерь. Расчет коэффициента Дарси для ламинарного режима, турбулентного режима с различной степенью проявления шероховатости (неравенства Сабанеева). Характеристика сети. 31

(6. 32) 33

При ламинарном режиме течения потери напора на преодоле­ние местных сопротивлений представляет собой сумму 35

26. Политропический интеграл в процессах сжатия-расширения, коэффициенты полезного действия в процессах сжатия-расширения, изображение этих процессов в T-S и р-v координатах. Коэффициент теплового сопротивления, коэффициент возврата тепла. 38

27. Изоэнгропный и адиабатный потоки. Работа и КПД турбомашин, T-S диаграммы. 41

28. Связь сжимаемости со скоростью потока, вывод и анализ. Другие уравнения и формулы, подтверждающие или повторяющие этот анализ. Уравнение Гюгонио и анализ геометрического воздействия. 44

29. Уравнение обращения воздействий. Краткий анализ воздействий, виды дроссселирования течении (виды кризиса течения). Необходимость комплексных воздействий на поток в турбомашинах. 45

30. Тепловое воздействие, его анализ. Тепловой кризис, проявление в основных и форсажных камерах сгорания. 46

31. Теоремы Стокса, Гельмгольца Томсона. Проявления действия теорем и нарушения их условий (свободные тороидальные вихри; тороидальные вихри, порожденные осевыми вихрями; разгонные вихри; вихревые следы, разрывы и пр.). Расчет потенциального вихря. 47

32. Истечение из косого среза, предел расширительной способности косого среза. 48

33. Законы сохранения в теории скачков уплотнения и ударных волн. Природа потерь в нормальных разрывах поля скоростей. 49

34. Расчет угла фронта косых скачков уплотнения. 51

35. Режимы истечения из сопла Лаваля. Диаграмма режимов истечения. Использование сопла Лаваля на режиме глубокого пере расширения для сверхзвуковых входных устройств. 52

01.Термодинамические характеристики рабочего тела, параметры состояния. Первый и второй законы термодинамики. Изменение энтропии.

Совершенный газ – упрощенная модель реального газа, с принятыми допущениями:

• Полностью отсутствуют межмолекулярные силы;

• Молекулы в виде материальных точек, обладающих массой;

• Теплоемкость, газовая постоянная, показатель адиабаты и молярная масса неизменны и не зависят от температуры;

• Агрегатное состояние неизменно при любых условиях.

Газ можно рассматривать как совершенный до температуры 2500 К, при более высоких температурах начинаются процессы диссоциации, ионизации и рекомбинации.

Идеальный газ – совершенный газ, лишенный свойств вязкости.

Параметры состояния рабочего тела:

Давление. Согласно МКТ, давление – результат ударов хаотически и непрерывно движущихся молекул о стенки сосуда. Основное уравнение кинетической теории для модели идеального газа:

число молекул вещества в ; масса молекулы, кг; средняя квадратичная скорость молекул, м/с; число Авогадро (число молекул в 1 кмоле); молярная масса вещества, кг/кмоль; молярный объем вещества, . Моль – количество вещества, в котором содержится столько молекул, сколько содержится атомов в изотопе углерода массой 0,012 кг.

При постоянной температуре давление определяется только числом молекул в единице объема, и не зависит от рода молекул. При свойства газа определяются только числом молекул.

Температура. Согласно МКТ, абсолютная термодинамическая температура – величина, пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения молекул газа. По уравнению Больцмана, для модели идеального газа:

константа Больцмана.

Абсолютный ноль температуры – ноль по шкале Кельвина ( ), при котором прекращается движение молекул.

Плотность и удельный объем. Это количество вещества, заключенное в единице объема:

Эти три параметра состояния связаны между собой уравнением Клапейрона-Менделеева, для одного килограмма идеального газа:

удельная газовая постоянная, Дж/кг∙К. При умножении на молярную массу, получается универсальная газовая постоянная, одинаковая для всех газов (на основании закона Авогадро о том, что при одинаковых давлении и температуре все газы имеют одинаковый молярный объем, при н.у. равный 22,4 м³/кмоль).

Значение универсальной газовой постоянной при н.у. (101325 Па и 273,15 К) равно:

Вид термодинамического процесса определяется показателем политропы , из уравнения политропного процесса, для идеальных газов:

При процесс будет изобарным, изотермическим, изохорным, адиабатным. Чем выше показатель политропы, тем меньше сжимаемость и больше упругость газов.

Теплоемкость тела – количество тепла, необходимое для нагрева единицы вещества на один градус Кельвина. Истинная теплоемкость соответствует бесконечно малому изменению температуры:

В газодинамике используют массовые теплоемкости – изобарную и изохорную:

показатель адиабаты.

Энтальпия – сумма потенциальной внутренней энергии и потенциальной энергии давления для единицы вещества:

Уравнение состояния через полную энтальпию и внутреннюю энергию :

Модуль упругости – количественная оценка сжимаемости газа, отношение изменения давления к вызванному им относительному изменению плотности:

Упругость газов, в зависимости от давления и вида термодинамического процесса, на 3-4 порядка меньше упругости капельных жидкостей. На малых скоростях газовых потоков их свойство сжимаемости проявляется незначительно, поэтому их рассматривают как поток капельной жидкости.

Первый закон термодинамики: подводимые к газу удельное тепло трения и внешнее тепло расходуются на изменение внутренней энергии и на работу деформации , иначе говоря, на изменение энтальпии и работу проталкивания:

Второй закон термодинамики: рост количества подводимого тепла увеличивает приращение энтропии, в то время как рост температуры, при которой к системе подводится тепло, снижает приращение энтропии.

Свойства реальных рабочих тел описываются уравнением Ван-дер-Ваальса:

экспериментальная константа, характеризующая силы межмолекулярного взаимодействия, суммарный объем, занимаемый молекулами при . Влияние переменных уравнения на давление:

К увеличению давления приводит:

увеличение скорости хаотического движения молекул;

увеличение концентрации молекул увеличивает межмолекулярные силы;

уменьшается оттягивающее действие на молекулы, приближающиеся к стенке;

уменьшение свободного пробега молекул и увеличение количества ударов о стенку;

Также уравнение состояния может иметь вид , где коэффициент сжимаемости природного газа, определяется по номограммам.