一维气体动力学Word文档下载推荐.docx
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在连续介质的假设下，研究可压缩、有热效应的气体介质的运动规律，和气体与固体之间的相互作用力的学科。
属于经典的牛顿力学体系
1.2本“气动基础”课程学习的范围、侧重研究的对象
气动是在经典流体力学的基础上，结合热力学和化学动力学
而发展起来的，可分为
亚音速流动，跨音速流动，超音速流动，
高超音速流动
一维流动，
二维流动，三维流动
定常流动，
1非定常流动
内流问题（燃气轮机，喷气发动机，风洞），外流问题（飞行器）
气流成分无化学变化，有化学变化（燃烧）
气流参数连续变化，突越变化（激波，/超音速爆震燃烧波）
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FM56-5BENGINEAIRFLOW*W』航空涡轮发动机
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航空冲压发动机中的气体动力学
进气道冲压燃烧室尾喷管
实验台供气段加速段冲压燃烧室尾喷管
@1三：
■:
加速段
冲压燃烧室
尾喷管
1.3气体动力学发展简史
专门研究始于1870年代
1687，1759，1816，牛顿，欧拉，拉普拉斯分别尝试计算音速1755，欧拉（瑞士）建成无粘性流体力学欧拉方程组，连续性假设1839，1855，圣维南（法）等给出气体通过小孔时速度的计算公式1845,Navier（法）,Stokes英）等建成流体力学不可压N-S方程组1869,87，兰金（英）－许贡纽（法）理论研究大波幅强扰动波－激波1881,贝特洛Berthelot（法）等,马兰德Mallard等分别不期而实验发现了管中火焰传播速度高达1—3.5km/s（超音速3-10倍）的超音速燃烧现象，爆震波=激波+燃烧波
1883,拉瓦尔Laval（瑞典）在研制蒸汽轮机时发明拉瓦尔喷管1887,马赫Mach（奥地利）弹丸实验发现超声速流动特征是Va
1899,1905,查普曼Chapman和儒盖Jouguet各自独立地创立了
平稳自持爆震理论，后者后来还写出第一本爆炸力学著作
《炸药的力学》
1902,恰普雷金（俄）博士论文用速度图法研究气体亚音射流
1904-20年代，普朗特Prandtl（德）的普朗特一迈耶流动理论（超音速膨胀波和弱压缩波），风洞技术，边界层理论，机翼举力线、举力面理论，湍流理论，接合理论流体与实验流体，奠定了现代流体力学气体动力学研究的基础
1930-40年代，卡门Karman（美籍匈），钱学森（中）的机翼举力面理论，机翼非定常流理论，非线性小扰动方法，跨音速机翼理论，高超音速气动加热理论，板壳屈曲理论
WorldWarII，亚音速螺旋桨飞机飞到Mach0.5-0.6发展的需求
ColdWar-2000年代，超音速涡轮式喷气飞机、航天运载器、超音速冲压飞行器、高超音速冲压（Mach5－30）飞行器发展的需求，带动了气体动力学向理论、实验、数值计算的深度、精度、广度进军
普朗特Prandtl（德）的机翼举力线、举力面理论
机翼气流有环量，即旋涡，对应着升力一一以数模代替真实机翼
普朗特，冯卡门和钱学森
1.4一维气体动力学研究的特点物理概念＋一维（控制体）数学模型
重物理概念，重简化数模，重实验
So,inthestudyofaerothermodynamics,itrequiresyoutolearntheabilityofthinking&
solvingscience&
engineeringissuesbymeansofsomelowerdimensionalkindsoffluidflowequation（s）.
多维气体动力学（二维、三维、非定常数学模型）
用于1.解空间―时间精细问题，2.推导降维数模
Itwillbestudiedextensivelyintwosuccessivecourses.
Chapter2
FundamentalConcepts，
BasicLawswiththeirFormulae
2.1学习一
维气动之前应知的
流体力学基本概念
无限多个连续分布的流体微团Fluidparticle组成的连续介质的假设Continuumassumption（Euler明确，1752）。
而非分
I1
子论。
适用于，例如100公里以下的大气与飞行器
L100
一维定常流1-DSteadyflow，流线Streamline，
控制体Controlvolume（相应于欧拉法Eulerianmethod）
国际标准单位制TheInternationalSystemofunits，SI制，kg,m,s
国际标准大气InternationalStandardAtmosphere，ISA
1962年，美国标准大气U.S.StandardAtmosphere；
InternationalCivilAeronauticalOrganization确定为ISA
22学习一维气动之前应会使用的
热力学概念、定义、定律方程
气体状态方程theequationofstate
gas
p=pRT（热力学中理想气体=）完全气体perfect
气体状态参数内能internalenergy、焓enthalpy
气体状态参数――熵entropy当体系从稳态1至稳态2吸热，贝V
.dqIT2…p2
ds,$3cpIn—Rin
T
定义可逆过程，定比热，单位质量，完全气体
热力学第二定律——熵增entropyrise
当体系从稳态1至稳态2吸热，贝V
23学习一维气动之前应会使用的
流体力学定律基本方程
流量守恒方程continuityequation
mVA常数有限控制体
ddVVdAA0曲线流管微段
动量定理方程momentumequation
'
mV2V1有限控制体
F侧壁=mVpA2mVpAf气流冲量差同上
-gAdzAdp「Ffric='
AVdV曲线流管微段
gzdp'
pV22常数无粘性曲线流管
能量守恒方程
mdq
energyequation,
mpdv=mdu
firstlawofthermodynamics
（闭口系统=）体系，无流动
QWs
mgZ2Zi
h2
hi
V22Vi2
qWs
（稳定流动的开口系统=）
-
gZ2乙h2
单位质量流体,
V2
gdzdhd
有限控制体,
2
定常流动
Vi
2」
有限控制体，定常流动
单位质量流体，曲线流管微段，定常流动
浓4国际标准大气数学模型（
冃19页）
3000km
800km
大气
最低卫星
头测纟口果85km
见地球弧形
24km
军用飞机
11km
民航机
0km
外层
电离层
空气极其稀薄
反射无线电短波
中间层
先增温，后降温
同温层
（平流层）无天气，216.7K
对流层
有天气现象
按照中纬度、季节平均的大气实测值，规定：
1.大气看作完全气体
2•相对湿度为0
3.海平面常数H=0m,T0288.2K,
p0=101325Pa,0=1.225kg/m3
4.11千米以下，温度线性变化，T=288.20.0065H
5.24千米以下，温度为216.7K不变，即同温层
用动量方程的简化形式，极易推导大气数模。
d^gdH流体静力学方程
pRT完全气体状态方程
就积分出气压pH）函数式（1-41）,式（1-42）。
可查表或编程。
2.5绝对、相对坐标系，选取参考系
在气流、观察者、飞行器三者之间，气体动力学研究含有气流速度v的问题。
V是指气流对于参考系而言的速度。
立题步骤：
1．飞行问题：
静止大气坐标系－就是绝对坐标系AbsFrame飞行器坐标系－－就是相对坐标系RelaFrame
风洞问题：
飞行器坐标系－－就是绝对坐标系随气流或其中的波面运动的坐标系－就是相对坐标系
2．为观察者应用定律时直观简捷，可将观察者固系于绝对系或相对系，就形成参考系ReferenceFrame。
例2-3a吸气式喷气发动机的推力公式
用流体控制体的动量定理推导（书36页）参考系建在飞行的发动机上
例2-4火箭（发动机）垂升加速度公式
用固体质点的动量定理推导（书38页）参考系建在飞行的火箭上
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