Раздел II. Основы газовой динамики гтд

Тема 6. Свойства движущегося газа

6.1. Основные задачи газовой динамики

Газовая динамика – наука о движении газов с большими скоростями. Большими считаются скорости, близкие к скорости распространения звука в газе, равные этой скорости или же превышающие её.

При движении с такими скоростями в потоке газа наблюдается столь большие изменения давления и температуры, что заметным становятся изменения плотности при движении, проявляется такое свойство газа, как сжимаемость.

Если скорость движения газа значительно меньше звуковой, то изменения давления в потоке невелики и газ ведет себя как несжимаемая среда.

Газовая динамика является частью гидродинамики (гидроаэродинамики) – науки о движении жидкостей. Отличие этих наук заключается в том, что газовая динамика учитывает сжимаемость – явление, которое присуще газам, движущимся с большими скоростями.

При этом для описания поведения газа необходимо использовать уравнение состояния газа и уравнение изменения его энергии из-за деформации (сжатия и расширения) и из-за теплообмена. Это означает, что для описания явлений при движении газа с большими скоростями необходимо наряду с законами механики учитывать и законы термодинамики.

Процессы движения газа с большими скоростями все шире применяются в технике. Примерами таких процессов являются движение газов в соплах реактивных и ракетных двигателей, движение газа в каналах и лопаточных аппаратах газовых турбин и компрессоров, обтекание воздухом частей самолётов, ракет и снарядов, движущихся с околозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями.

Для изучения таких процессов и принципов работы элементов ГТД необходимо знать основные законы движения воздуха и газа по газовоздушному тракту двигателя, процессы изменения параметров состояния в потоке газа, взаимодействие газового потока с ограничивающими его стенками. Эти законы устанавливает газовая динамика реактивных двигателей, которые отражены в основных уравнениях газовой динамики.

Основными задачами газовой динамики являются:

- изучение взаимных преобразований тепла, механической работы и различных видов энергии движущегося газа;

- определение сил, действующих со стороны движущегося газа на стенки каналов, в которых движется газ.

Таким образом, положения и уравнения газовой динамики являются основой теории реактивных двигателей и их элементов, а также методов их инженерного расчёта.

6.2. Структура основных понятий газовой динамики

Основные понятия газовой динамики, свойства газового потока, картина обтекания тел газовым потоком и системы основных уравнений, описывающих движение газа, представлены на рис. 6.1.

Параметры состояния газового потока

Давление

Температура

Плотность

Скорость

Вязкость

Сжимаемость

Число М потока

Картина обтекания твёрдого тела потоком газа

Пограничный

слой

Ядро

потока

Прямой скачок уплотнения

Косой скачок уплотнения

Система основных уравнений движения газа

Уравнение неразрывности

Уравнение сохранения

энергии

Уравнение

первого закона

термодинамики

Уравнение

Бернулли

Уравнение

Эйлера о количестве

движения

Уравнение

Эйлера о

моменте

количества

движения

Параметры заторможенного

потока газа

Статическое

давление

Динамическое

давление

Приведенная скорость

Полное

давление

Газодинамические функции

Течение газа в каналах

Уравнение обращения воздействий

Сопло

(конфузор)

Диффузор

Сопло

Лаваля

Эжекторное

сопло

Сопло с

косым срезом

Рис. 6.1. Структура основных понятий газовой динамики авиационных двигателей