第三节　音　速　限

因为蒸气有压缩性，所以，在加热段如果增加输入的热量超过一定值时，蒸气流在加热段的出口处达到音速，便出现蒸气流量的阻塞现象。由此现象产生的传热量的界限称为音速限。

由热平衡式、理想气体的状态方程以及声速的表达式，推出了下列关系式

(3-2)

当达到声速时，M=1，声速公式为

式(3-2)转化为

(3-3)

式中　QC——热管传热量，kW；

A——蒸气流通截面积，m2；

M——马赫数；

C——声速，m/s；

R——蒸气的通用气体常数，kJ/(mol·K)；

T——蒸气的绝对温度，K；

r——汽化潜热，kJ/kg；

K——K=cp/cV，蒸气的比热容之比。

对于水蒸气，K≈1.327，式(3-3)变为

(3-4)

[例题]　有一水为工质的热管，内径di=22mm，试计算热管工作温度TV在100℃和50℃时的声速极限。

[解]　水蒸气的物性值为：

在TV=100℃时，

ρV=0.5977kg/m3

pV=1.013×105Pa=1.013×105kg/(m·s2)

r=2382.7kJ/kg

由式(3-4)

=118.12kW

在TV=50℃时

ρV=0.083kg/m3

pV=0.12335×105Pa

r=2257.1kJ/kg

∴　

=14.55kW

声速极限只有在较低的温度下才可能成为传热的一个限制。