气体动力学基础（北航课件）.pptVIP

气体动力学基础 目 录 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 等截面绝热磨擦管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 换热管流 变流量管流 变流量管流 变流量管流 变流量管流 变流量管流 变流量管流 加质量流垂直于主流的情形 * 等截面绝热磨擦管流 等截面换热管流 等截面变流量管流 意义： 得到摩擦对亚音速、超音速气流流动变化趋势的原则性影响 假设： 流动为1D定常流动 与外界无机械功交换 无热量的交换 管道等截面 非等熵流动 基本物理模型 基本方程组： 如何描述热力学发展方向？ 基本方程： 工程热力学（定比热完全气体）： 范诺曲线族的有限形式： 满足等截面连续方程、绝能流能量方程和状态方程的点的连线 Fanno线上，总焓和密流为常数。 范诺曲线族的微分形式： 连续方程能量方程 热力学熵的定义 内能 等压膨胀功 定比热完全气体 微分形式得范诺线 流动状态变化必定趋向右方－热力学2nd定律 亚音管流中摩擦导致焓降、温降、加速 亚音 超音 超音管流中摩擦导致焓升、温升、减速 出现音速管流是摩擦管流的终态 定比热完全气体摩擦管流的最重要基本物理性质：趋向于音速 如何确定p的升降？ 等截面绝热摩擦管流的微分控制方程组 状态方程 能量方程 质量方程 dsw 带管壁摩擦的动量方程 dsw 摩擦系数f 总压定义 M定义 冲量函数定义 绝能管流中的熵 微分方程组：8个方程，9个微分变量 由于引起气流参数变化的原因是气流与固壁粘性摩擦，可以4f*dx/D作为自变量，得到(4-41)—(4-48) 增大 熵 减少 冲量函数 减少 总压 减少 增大 马赫数 减少 增大 速度 增大 减少 温度 增大 减少 密度 增大 减少 压强 单纯的摩擦不能使亚音气流变为超音，也不能使超音变为亚音 摩擦管流的积分解 首先建立 的解，然后求解其他参数 分析方法 无量纲化或归一化处理，即将任意一点处的管流参数与临界点处的管流参数进行关联。 (p184) 1 2 L 积分求解(p183) L1max ?=1 摩擦壅塞 摩擦使得管中部出现临界截面 亚 音 shock 1 2 超音 亚 音 应用及意义： 燃烧室、高速风洞、输气管道、汽暖等等。 加热对流动变化趋势的原则性影响，以及按气动基本方程组求解加热管流的终态 基本物理模型 1D定常流动 等截面直管 无机械功交换 无摩擦作用 气体化学成份不变 比热比随温度不变 开放体系的熵增定义： 无摩擦（等熵） 有摩擦（不等熵） 描述其气动热力学特征：质量连续、动量连续、状态方程等 瑞利曲线h-s图 基本方程组： 开放体系 孤立体系 瑞利曲线的有限形式 Rayleigh Curve 定比热比完全气体焓熵定义 质量守恒和冲量定义 对于流量和面积均已给定的换热管流，压强仅是密度的反比函数，而解除了温度的通常影响。由上3式即可绘制h-s图 给定压强 =求密度=求焓熵=瑞利曲线 线上密流和冲量为常量 亚音加热ds0 亚音减热ds0 超音减热ds0 超音加热ds0 M1 s T,h M=1 瑞利曲线的微分形式 Rayleigh Curve 对于非孤立体系（有热交换），由图可知：熵增大对应于亚音速加热加速过程（上半支）、超音速气流加热减速过程（下半支）。非孤立体系存在熵减过程（减热过程） 与摩擦管相同之处：加热管总使超/亚音气流趋于音速管流。 不同之处：存在减热现象，即可逆的加热过程，而摩擦总使机械能损耗成热能（不可利用） ，不可逆 5 4 3 2 1 次序 亚音加热 正 亚音加热，切线 水平 0 亚音加热 负 加热雍塞，切线 垂直 0 =1 超音加热 正 1 物流意义 瑞利曲线斜率 dh ds M 亚音加热ds0 亚音减热ds0 超音减热ds0 超音加热ds0 M1 s T,h M=1 等截面换热管流微分方程组（p193） 8个方程：三个守恒方程、状态方程、马赫数、总压、总温、熵的定义(4-66)—(4-73) 9个微分变量： 由于引起气流参数变化的原因是加热，可以dT*/T*作为自变量，得到(4-74)—(4-80)，（4－66） 等截面换热管流微分方程组 增大 减小 减小 增大 减小 增大 加热M1 1 增大 增大 减小 减小 增大 加热M1 增大 增大 减小 增大 减小 冷却M1 2 减小 减小 增大 增大 减小 冷却M1 温度 马赫数 速度 压强 总压 总温 热阻 换热管流的工程计算 利用换热管流的四大方程简化形式，