流体力学 第3版 作者 罗惕乾 江苏大学 主编 第八章 气体的一元流动.ppt

第八章　气体的一元流动 热力学基础知识 1、热力学的物系；平衡过程和可逆过程 热力学体系 和周围环境的其它物体划开的一个任意形 态的物质体系。 （一）既无物质交换又无能量交往的，这称为隔绝体系； （二）无物质交换，但有能量交换的，这称为封闭体系； （三）有物质交换，也有能量交换的，这称为开放体系。 高速流中遇到的情况绝大多数属于隔绝体系和封闭体系 。经典热力学所处理的都是处于平衡状态下的物系。 2、热力学一定律：内能和焓 热力学第一定律是一条能量守恒定律。 对一个封闭物系说来，经过一步无限微小的可逆过程， 由外界给物系的热量dQ 必等于物系的内能增量dU 和该物系对 外界所作的功pdV 这二者之和，即 这是静止物系的热力学第一定律的公式。 单位质量的能量方程 密度的倒数就是单位质量的体积，即比容。 单位质量的焓 它的微分是 一个物系的压强、密度和温度都是点函数 。内能、 焓也是点函数。 流动子物系的能量守恒式 这个式子比静止物系多了两项，其中的 是流动时 所特有的一份功，那是流体微团的体积不变，在压强有变 化的流场中流体所作的功；另一项是动能的改变量。 流动物系的能量守恒式用焓表示： 此式中的是外热；具体的来源可以是通过传导进来的热，也 可以是燃烧之类的化学变化所产生的热。 没有外热时， =0，称为绝热过程。 定容过程的比热和等压过程的比热 ： 一个喷管在出口截面产生M＞1的超音速气流的条件 a.管道形状应成为拉瓦尔管形状外， b.在喷管上下游配合足够大的压强比。 一个出口接大气的喷管，当喷管出口达到设计M数而出口压强恰等于外界大气压强时，则喷管处于设计状态，而大于1的上下游压强比（即上游总压与出口大气反压之比）则为设计压强比。 如果上游压强过高或过低，喷管出口内外将出现激波或膨胀波。 （c）音速气流中（M=1） （d）超音速气流中（M＞1） 此时OOi= iυ＞iα扰源的影响不仅不能到O点的前方， 而且局限在以O为顶点所有扰动球面波包络面—圆锥面以 内 。 * * 热力学基础知识 音速和马赫数 高速一维定常流 微弱扰动的传播区，马赫锥 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 3、熵 熵是热能可利用部分的指标。 如果进行的是不可逆过程，这时 4、气体的状态方程；完全气体和真实气体 完全气体的状态方程 气体常数 ， 是通用气体常数 采用完全气体模型，比热及γ都是常数。 完全气体等熵过程关系式 按熵的定义式，等熵时 对完全气体则有 或 音速和马赫数 1、现象 扰动传播速度 扰动传播区 如果描写流场的诸物理参数（p，v，，T）发生了变化，就说流场受到了扰动。使流动参数的数值改变得非常微小的扰动，称为微弱扰动（简称为弱扰动），例如说话（即使是大声说话）时声带给空气的扰动就是如此。使流动参数改变有限值的扰动，称为有一定强度的扰动（简称为强扰动），例如激波便是强扰动。 2、微弱扰动传播过程与传播速度——音速 微弱扰动在弹性介质中的传播速度——音速——是研究可压流 场的一个很重要的物理量。在不可压流中，微弱扰动传播速度是无限大。 3、音速公式 取相对坐标，观察者和波阵面AA在一起 根据质量守恒定律 根据动量定理 略去二阶小量，得：