气体动力学基础分析

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1、流体力学FluidMechanics10一元气体动力学基础问题气体动力学的研究对象气体动力学的研究特点气体动力学的研究内容本章基本要求本章重点和难点05:14210一元气体动力学基础气体动力学的研究对象气体动力学的研究对象是可压缩气体的运动规律及其与固体的相互作用。通常，液体被看作不可压流体，在整个流动中，气体密度=const.；气体密度的变化与压强p、温度T有关，但当气体流速v远远小于声速c时，也可以认为=const.；v大到一定程度，接近c或≥c时，就不能看作常数了。05:14310一元

2、气体动力学基础流体动力学的特点：流速低，介质的内能(分子热运动的能量)远远小于动能的变化量，这就是可将视为常数的原因。控制方程组包括运动学的质量守恒定律动力学的牛顿定律及有关介质属性的本构关系，如黏性定律等气体动力学的研究特点05:14410一元气体动力学基础气体动力学的研究特点：流速大,动能变化量与气体内能相关，此时与p均为变量。它们既是描述气体宏观流动的变量，又是描述气体热力学状态的变量。因此，它们将气体动力学和热力学紧密联系在一起。其流动控制方程包括运动学的质量守恒定律动力学的动量守恒定律

3、热力学方面的能量守恒定律气体的物理、化学属性方面的气体状态方程及气体组元间的化学反应速率方程气体输运性质(黏性、热传导和组元扩散定律)等09-Aug-215气体动力学的研究特点①研究高速气体对物体(如飞行器)的绕流即外流问题，包括正问题：给定物体的外形及流场边界、初始条件，求解绕流流场的流动参数，特别是求出作用在物面上的气动特性。反问题：给定流场的一部分条件和需要达到的气动指标(如高升阻比)，求解最佳物形。②研究气流在通道中的流动规律，诸如研究喷管、涡轮机和激波管内的流动等内流问题。③还有如爆破波系

4、的相互作用以及重力作用下非均匀温度场的大尺度对流等。气体动力学的研究内容05:14610一元气体动力学基础主要要求和重点掌握一元气流的欧拉运动微分方程及其在等熵条件下积分式的推导。理解绝热流动全能方程中各项的物理涵义。掌握声速、滞止参数和马赫数的计算。掌握渐缩喷管或渐扩管出流的计算方法。了解在超声速条件下流速和密度随断面变化的规律。了解等温和绝热管路的流动计算。注意可压缩流体流动与不可压缩流体的区别和联系。重点是等熵流动，等温管路和绝热管路流动规律及计算。05:14710一元气体动力学基础主要内容1

5、0.1理想气体一元恒定流动的运动方程10.2声速、滞止参数、马赫数10.3气体一元恒定流动的连续性方程10.4等温管路中的流动10.5绝热管路中的流动05:14810一元气体动力学基础10.1理想气体一元恒定流动的运动方程10.1.1一元理想流体欧拉运动微分方程10.1.2一元定容流动的能量方程10.1.3一元等温流动的能量方程10.1.4一元绝热流动的能量方程05:14910一元气体动力学基础10.1.1一元理想气流运动微分方程对于图示微元体，利用理想流体欧拉运动微分方程，应有气流微元流动恒定流

6、，一元流动，S仅为重力，在同介质中流动，可不计。则有09-Aug-211010.1理想气体一元恒定流的运动方程上两式称为欧拉运动微分方程，或微分形式的伯努利方程。或或09-Aug-211110.1.1一元理想气流运动微分方程10.1.2一元定容流动①定容过程——气体在容积不变的条件下所进行的热力学过程。②定容流动——气体容积不变的流动，或者说是不可压缩流体流动。这时，=const.，称为不可压缩流体。09-Aug-211210.1理想气体一元恒定流的运动方程③一元定容流动能量方程由欧拉运动微分方程

7、或积分，得④方程的意义沿流各断面上单位质量(或重量)理想气体的压能与动能之和守恒，并可互相转换。09-Aug-211310.1.2一元定容流动10.1.3一元等温流动①等温过程——气体在温度不变的条件下所进行的热力学过程。②等温流动——气体温度不变的流动，即在整个流动中，T=const.。③一元等温流动的能量方程将代入后，再积分，得09-Aug-211410.1理想气体一元恒定流的运动方程10.1.4一元绝热流动①绝热过程(或等熵过程)——无能量损失且与外界无热量交换的情况下所进行的可逆的热力学过程

8、。②绝热流动(或等熵流动)——可逆的绝热条件下所进行的流动。③一元绝热流动的能量方程将代入，积分并整理后，得09-Aug-211510.1理想气体一元恒定流的运动方程④与不可压缩理想流体相比较，上式多了一项【证】由热力学第一定律知，对于完全气体(单位质量气体所具有的内能)故亦称为绝热流动的全能方程——理想气体绝热流动(即等熵流动)中，沿流任意断面上，单位质量气体所具有的内能、压能、动能三项之和均为一常数。09-Aug-211610.1.4一元绝热流动利用热力学焓，绝热