第一章 基础知识气体动力学.ppt

第一章 基础知识气体动力学;第一章 基本知识;流体包括液体和气体两类，它们无一定形状，容易流动变形。 气体在压强作用下其体积很容易改变，又称为可压缩流体 （Compressible Fluid）。 气体动力学（Gas Dynamics）研究可压缩流体的流动，是更一般学科—流体动力学的一个分支。 流体服从如下的基本定律： 1．质量守恒定律（The Law of the Conservation of Mass）； 2．牛顿第二运动定律（Newton’s Second Law of Motion）； 3．热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）； 4．热力学第二定律（The Second Law of Thermodynamics）； 使用基本定律描述某种具体流体的流动时，还需要其热力学性质（可以用表格、经验方程、理想化模型等形式给出）。 ;1.1 气体的基本性质;1.1 气体的基本性质;萨瑟兰（Sutherland）公式－黏性系数随温度的变化 式中 μ0是1atm和0℃ 时的黏性系数； Ts—苏士南常数,与气体性性质有关； Tc=273.16K。 ;气体的导热性;1.2 连续介质假设;1.2 连续介质假设;1.2 连续介质假设;1.2.2 连续介质一点处的密度;1.2.3 连续介质一点处的速度; 热力学基本概念与基础知识;1平衡状态、状态参数与简单热力学系统;2 可逆过程与不可逆过程;3 功与热量;3 功与热量;3 功与热量;4 系统的内能与储能;4 系统的内能与储能;5 热力学第一定律;6 流动功与焓;7 比热容与比热比;8 热力学第二定律与熵;8 热力学第二定律与熵;8 热力学第二定律与熵;理想气体的热力学性质;2 量热状态方程;3 理想气体的比热容关系式;5 理想气体的熵方程;等熵过程方程 ： ;1.3 气体动力学的基本概念;1.3 气体动力学的基本概念;控制体（Control Volume）：是流动空间中一个固定的虚拟区域。 一般情况下其形状和位置可以随时间改变，但本课程只考虑刚性的和没有加速度的惯性控制体，即如果控制体有运动速度，则假设其为匀速运动； 控制体的边界面称为控制面（Control Surface），它是一个虚拟的、可渗透的空间曲面，包含全部控制体的表面。通过控制面，只要流动方向与其不平行，就会有流体的流进或流出。 按定义，控制体与其周围的流体既可以有能量的交换，也可以???质量的交换，因而控制体内的质量是可以改变的； 在流动空间中任意划定一块区域，该区域的体积与形状均不随时间变化，则这样的区域就是一个控制体，它的边界面就是控制面。根据所研究问题的不同，控制体有不同的取法，其尺寸大小是按需要确定的。 ;体系和控制体的异同： 体系包含的物质不随时间变化，始终是最初选定的；而控制体包含的物质随时间则是变化的； 体系的形状和位置可以随时间改变，而控制体则是流动空间中的一个固定体积，其形状和位置不随时间变化； 体系的边界面对流体是不透明的，而控制体的边界面对流体则是透明的； 体系与外界之间没有质量交换，但可以有能量的交换；控制体外界既可以有能量的交换，也可以有质量的交换； 如图所示体系随时间是运动的，而控制体是静止不动的。 ;1.3.2 研究流体流动的拉格朗日方法;1.3.3 研究流体流动的欧拉方法;拉格朗日方法与欧拉方法的比较 由于组成流体的流体微团数目是巨大的，区分和追踪每一个流体微团的运动将遇到数学上的困难，所以拉格朗日方法是不现实和不实用的； 实际上，也没有必要关心每一个流体微团在空间中的运动情况，因此除个别情况外，不使用拉格朗日研究方法。 欧拉方法以控制体为研究对象，可以获得各空间点处的流动情况，更符合人们了解流动的需要，所以欧拉方法在流体力学中得到了广泛应用。 但是，由于控制体内的质量不是固定的（因为它是可渗透的），不能直接使用基本守恒定律，所以欧拉方法必须借助于拉格朗日方法。 ;1.3.4 流体流动的分类;1.3.5 迹线、流线与流管;流线 ;根据流线上任一点的切线方向与流经该点的流体微团的速度方向相切这一特点，可以推导出流线的微分方程。 设ds为流线上某点的一个微元线段，它应与该点的速度矢量相切，即 将某时刻流场中所有点的流线全部画出来，可得到一个即流线族，称为流线谱或流谱，它从整体上反映了该时刻的流动情况：流速方向由流线的切线方向给出，而流线的疏密表示流速的大小，即流线密流速大，流线稀疏流速小。 ;流管 ;1.3.6 广延量与强度量;1.3.7 作用在流体上的力;切向