气体方面的流体力学问题:压缩空气从0.6MPA的压力容器泄露到空气中,其流出速度是多少?

问题描述:

气体方面的流体力学问题:压缩空气从0.6MPA的压力容器泄露到空气中,其流出速度是多少?
如题.
假设压力容器很大,泄露的孔很小,且容器内外温度均为室温.
气体流出时不记摩擦等机械损失.
我问这个问题的主要原因是:
工程热力学上说理想气体的焓h是只随温度变化的单值函数,与压力和密度无关.一般常识是,空气可以看做理想气体,那么一个常温的压缩空气和一个常温常压的空气,其焓就相等了.
如果是这样,根据方程h1+1/2*v1^2=h2+1/2*v2^2,压缩空气和大气的焓相等,所以速度也相等.但这与常识不符.在压力容器内泄露的空气,必然会将自身一部分能量转换为动能.如果焓相等,转换为动能的能量从何而来了?

因为压力罐里面的空气压力足够高,因此出口处的气流速度会达到音速(大约两倍的压力就可以达到音速),如果泄露孔就是收缩的话,最大速度就是音速了,如果泄露孔是收缩后又扩张的,可以达到超音速,6个大气压的话应该可以达到3倍音速左右,没具体算.
你用焓的想法没错,不过你忽略了一个事实,在无摩擦流动的时候,是等熵流动,不是等温流动,膨胀过程中温度是降低的,降低的温度这部分焓值就转化成了动能,因此速度增大.
从常温高压气瓶向空气中放气,放出来的气很冷,就是这个道理.多谢,哈哈!我终于找到问题出在哪里了,您理解的确实很深刻。关于计算的问题,您能说的再详细点么?比如不同压差下的气体等熵流动过程中,焓会降低多少?压差和焓降之间的关系如何?(假设等熵,管口形状为理想的缩放管,无摩擦,不考虑能量损失。)请教了。再次表示感谢。如果我问的比较外行,那就告诉我相关书籍叫什么,我自己去查,嘿嘿,多谢啦!这类问题是流体力学和空气动力学的基本知识,相关的书上都有。用p代表压力,h代表焓,rho代表密度,v代表速度的话。伯努利方程给出了压力和速度的关系p1+0.5*rho*v1^2=p2+0.5*rho*v2^2能量方程给出了焓和速度的关系:h1+0.5*v1^2=h2+0.5*v2^2值得注意的是,上述的伯努利方程只适用于不可压流动,因此并不适用于你的问题中的高速流动,高速流动应该用可压缩伯努利方程,其实就是下面的能量方程。焓和压力的关系在热力学书上可以找到。