當氣體中某一點出現微弱振動時,振源會對周圍氣體產生壓縮和膨脹作用,并以平面波的形式依次傳遞下去而形成聲波。聲波的傳播速度叫音速或聲速,用符號a表示。根據理論推導,音速的大小為:
氣體音速與其絕熱指數K、**溫度T和氣體常數R有關。溫度越高,音速越大;K值越大,音速越大。K值與氣體的分子結構有關。其數值如表2-10所示。各點的狀態參數不同,各點的音速也不同,所以音速指的是某一點瞬時的音速。衰2-10可壓縮氣體的性質及臨界參傲值氣流速度與當地音速之比,稱為馬赫數,用Ma表示,即馬赫數是判斷氣體可壓縮性的標準。一般認為,當Ma鎮0。3時,氣流被看作是不可壓縮的,即P二常數;當Ma>0。3時,氣流被看作是可壓縮的,即P#常數。根據馬赫數的大小,可壓縮氣體的流動分為亞音速流動(Ma<1)、音速流動(Ma二”和超音速流動(Ma>1)。
可壓縮氣體流動的伯努利方程式
這里主要研究可壓縮氣體的一維穩定等摘流動。等嫡流動是指沒有摩擦(或可逆)的絕熱流動。對于在噴嘴內的高速流動來說,由于管嘴較短,來不及與管壁發生熱交換或熱交換量很小,這樣加熱爐的流動可以近似認為是等摘流動。
當氣體高速流動時,氣體的壓力和密度都有明顯的變化,密度隨壓力的變化關系不能忽略,而位能變化相對很小,可以忽略。氣體的運動微分方程為:上式稱為可壓縮氣體一維穩定等墑流動能量方程,或可壓縮氣體的伯努利方程。為了具體應用上式,需要引出滯止狀態和臨界狀態的概念。所謂滯止狀態是指氣流速度二等嫡地滯止為零時所對應的狀態。滯止參數用Po。To,po,ao等來表示。所謂臨界狀態是指氣流速度w等嫡地變為音速時所對應的狀態。臨界參數用P’、T’、P*、a‘等來表示,其中w'=a'。由定義可知,管流不同截面上的實際狀態都存在與之對應的滯止狀態和臨界狀態。