南京理工大学工程流体力学基础 第6章__气体的一维定常流动课件.ppt

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1、工程流体力学基础第六章气体的一维定常流动主要内容基本概念微弱扰动在气体中的传播气体一维定常流动基本方程气体的三种状态和速度系数气流参数与通道截面之间的关系喷管流动的计算和分析气体的一维定常流动气体与液体的本质差别在于其密度很容易改变，特别是当气体的流速接近或超过声速时，气体的可压缩性对其动力学和热力学特性的影响是显著的，因此，对于气体流动，通常都将其处理成可压缩流体，即需要考虑气体密度的变化。气体的一维定常流动一维流动：管道（流道）横截面不沿流动方向变化，或变化很缓慢；流道曲率很小。定常流动：流场中任何一点的所有流动参数均不随时间发生变化。在

2、工程实际中，一些管道截面有一定的连续变化、气流流动参数变化相对缓慢的情况，近似作为气体的一维定常流动来处理。第六章气体的一维定常流动第一节气体一维流动的基本概念气体的状态方程气体的状态可以用3个基本状态参数来描述：压强p、密度ρ、热力学温度T。热状态方程：气体的基本状态参数之间的函数关系，简称状态方程。完全气体：忽略分子间的相互作用和分子体积的气体，也称为理想气体。完全气体的状态方程为：§6-1气体一维流动的基本概念完全气体的状态方程气体的比热容比热容：单位质量物质温度升高1K或1℃时所吸收的热量。单位质量气体升高1K或1℃时所吸收的热量与

3、热力学过程有关，故气体的比热容不唯一。定容比热容cV：容积不变条件下的比热容。定压比热容cp：压强不变条件下的比热容。比热比γ：定压比热与定容比热的比值。§6-1气体一维流动的基本概念热力学过程热力学过程：气体从一个状态变化到另一个状态，中间所经历的过程。典型的热力学过程：等温过程：温度保持不变的热力学过程。§6-1气体一维流动的基本概念热力学过程热力学过程：气体从一个状态变化到另一个状态，中间所经历的过程。典型的热力学过程：§6-1气体一维流动的基本概念绝热过程：气体与环境没有热交换的热力学过程。dQ=0。等熵过程：可逆的绝热过程。没有黏性

4、引起的能量损失。声速声速：微弱扰动波在弹性介质中的传播速度。§6-1气体一维流动的基本概念半无限长圆管，左端活塞，右边气体静止，状态参数p、ρ、T。活塞速度由0向右加速到dv，然后匀速运动，产生一道微弱压缩波，以声速c向右传播。压缩后的气体状态参数为p+dp、ρ+dρ、T+dT，速度为dv。p+dpT+dTρ+dρpTρ定常化处理：取微弱扰动波为参照系。声速取虚线所围控制体。§6-1气体一维流动的基本概念连续方程：p+dpT+dTρ+dρpTρ动量方程：声速取虚线所围控制体。§6-1气体一维流动的基本概念连续方程：动量方程：可视为等熵过程。声

5、速反映了可压缩性越易压缩，声速越小声速等熵关系式：§6-1气体一维流动的基本概念马赫数马赫数：气流速度与当地声速的比值。§6-1气体一维流动的基本概念马赫数物理意义：气体宏观运动动能与热力学能之比。流动状态划分：Ma<1亚声速流动Ma>1超声速流动Ma~1跨声速流动Ma>5高超声速流动第六章气体的一维定常流动第二节微弱扰动在气体中的传播微弱扰动的传播微弱扰动在各向同性的气体空间中，是以球面波的形式向四面八方传播的，传播的速度为声速c。当扰动源与气体具有不同的相对速度时，扰动波的传播规律是不同的。以扰动源固定、气体运动的情况为例。§6-2微弱

6、扰动在气体中的传播气体静止不动扰动波是球形波，向所有方向传遍全部空间。§6-2微弱扰动在气体中的传播气流亚声速流动扰动波可以逆流传播，向所有方向传遍全部空间。§6-2微弱扰动在气体中的传播气流以声速流动扰动波不能逆流传播，传播限制在下游半个空间。§6-2微弱扰动在气体中的传播气流超声速流动扰动波不能逆流传播，传播限制在马赫锥空间内。§6-2微弱扰动在气体中的传播扰动面为一系列与圆锥面相切的球面，该圆锥称为马赫锥（弱扰动锥），圆锥面称为马赫波。马赫锥马赫波马赫角微弱扰动的传播若气体静止，而扰动源以亚声速、声速、超声速运动，则扰动波的传播规律仍是

7、类似的。微弱扰动在亚声速流动中可以传遍全流场，而在超声速流中只能向下游传播，并被限制在马赫锥之内，这是两者的最重要区别。§6-2微弱扰动在气体中的传播第六章气体的一维定常流动第三节气体一维定常流动的基本方程连续方程一维定常流的连续方程§6-3气体一维定常流动的基本方程微分动量方程在管道中取一微元段控制体，应用定常流动动量方程，可得§6-3气体一维定常流动的基本方程无摩擦流有摩擦流能量方程由热力学知识，完全气体的焓可表示为§6-3气体一维定常流动的基本方程由关系式可得能量方程完全气体一维定常绝热流动的能量方程为§6-3气体一维定常流动的基本方

8、程第六章气体的一维定常流动第四节气体流动的三种状态和速度系数气流的状态变化由完全气体一维定常绝热流动的能量方程§6-4气体流动的三种状态和速度系数v的变化会引起h