《气体动力学基础》PPT课件

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1、第八章气体动力学基础真实流体均具有一定的可压缩性，在流场中压差或密度变化很小时，作为一种近似，可以当成不可压缩流体来处理。但是，当流场中流体的运动速度很高，压差或密度变化显著时，就必须考虑压缩性对流动的影响。在可压缩流动中，温度是一个很重要的参数，因此，气体动力学与工程热力学关系密切。气体动力学就是研究可压缩流体的流动规律及其在工程中应用的科学。在可压缩流体中，压力扰动的传播要一定的时间，但在不可压缩流体中是在瞬间完成的，这就是可压缩流体与不可压缩液体的本质区别。第八章气体动力学基础第一节　基本概念第二节　声速及压力扰动的传播第三

2、节　理想气体的一元等熵流动第四节　冲波第一节基本概念一、热力学系统及热力学状态1.热力学系统在分析热力学问题时，选取某些确定的物质或某个确定空间中的物质作为研究对象，并称它为热力学系统，简称系统。与热力学系统有关的周围物体称为外界。第一节基本概念2、热力学状态在某一指定的瞬间，热力学系统所处的状态，称之为热力学状态，简称状态，它是系统所具有的物理特性的总的表现。第一节基本概念二、状态参数状态参数是指热力系全部宏观性质的集合。而从各个不同方面描写这种宏观状态的物理量就是状态参数。状态参数由热力系的状态确定，而与达到该状态的变化路径无

3、关。热工学中常用的状态参数：压力、密度、温度、内能、焓和熵。1.温度T（K）温度是描述物体冷热程度的一个状态参数。从分子运动论的观点看，温度标志大量分子热运动的强烈程度。第一节基本概念2.内能内能是指组成热力系的大量微观粒子本身所具有的能量（它不包括热力系宏观运动的能量和外部场作用的能量）。在工程热力学中内能（E）＝分子动能（Ek）+分子力所形成的势能（Ep）单位质量物质的内能称为比内能（有时将比内能简称为内能），即有第一节基本概念3.焓焓是一个组合的状态参数，即H=E+pVJ单位质量物质的焓称为比焓（有时也将比焓简称为焓），即有

4、h=H/m=e+p/ρJ/kg第一节基本概念4.熵若从外界向一个系统加热，加入到系统中的热量并不是一个状态参数，因为加入的热量与加热的过程有关。例如，保持气体的容积不变加入的热量全部成为气体内能的增量，最后表现为温度的升高。若保持气体的压力不变测加入热量一部分成为内能，另一部分为气体的膨胀功。所以要加热到同样的温度，显然定压下加入的热量比较多。因而热量并不是状态参数，但是热量增量与温度之比却是一个状态参数，称为熵。第一节基本概念三、气体的状态方程状态参数之间的关系称为状态方程。一般情况下，完全气体的状态方程可由压强p、温度T和密度

5、ρ表示，其形式为第一节基本概念四、比热容单位质量的气体，温度升高（或降低）1℃所需加入（或放出）的热量称为气体的比热容，用符号c表示。比热容的单位是J/(kg·K）。在容积不变时比热容，称为比定容热容，用cv表示。在压强不变时比热容，称为比定压热容，用cp表示。第一节基本概念四、热量热量是热力系和外界之间由于温度不同而通过边界传递的能量。热量是一个过程量，用Q来表示，单位是焦耳（J）。对应于单位质量物质的热量用q表示，单位是J/kg，常规定，系统吸热时热量为正，系统放热时热量为负。对无耗的准定容过程，有对无耗的准定压过程，有第一节

6、基本概念五、功在热力过程中，热力系统和外界间通过边界而传递能量，若它的全部效果可表现为使物体改变宏观运动的状态，则这种传递的能量称为功，单位是J。系统对外做功为正，反之为负。v－单位质量物质的体积。对无耗散的准静态过程，有第一节基本概念六、热力学第一定律对静止封闭的系统，有Q＝ΔE+W对单位工质有q=Δe+wδq=de+δwqwΔe第一节基本概念七、热力学过程1.定容过程v=常数δq=de+δw=de+pdvcvdT=de2.定压过程p=常数δq=de+δw=de+pdv=de+d(pv)-vdp=d(e+pv)cpdT=dh3.

7、定熵过程s=常数pvk=常数第二节声速及压力扰动的传播一、声速微弱扰动压力波的波阵面xa设过程是等熵的，则p/ρk=常数，又有状态方程p=ρRT第二节声速及压力扰动的传播一、声速声速就是微弱扰动在气体中的传播速度，这已为实验所证实。在空气中k=1.4，R＝287.1m2/(s2·k)二、压力扰动在空气中的传播1.马赫数Ma气体的速度当地声速第二节声速及压力扰动的传播Ma<<1不可压缩流动；Ma＜1亚音速流动；Ma=1等音速流动或临界流动；Ma＞1超音速流动。二、压力扰动在空气中的传播1.马赫数Ma第二节声速及压力扰动的传播2.压

8、力扰动在空气中的传播微弱扰动源是点源，位于O点，扰动源的运动速度是0。这时微弱扰动波的波阵面是球面，扰动源始终在扰动区内。t=0时的扰动波，在t=3时刻的波阵面t=1时的扰动波，在t=3时刻的波阵面t=2时的扰动波，在t=3时刻的波阵面第二节声速及