北京航空航天大学空气动力学课件_第6章高速可压流.ppt

第6章 高速可压流基础 6.1 热力学基础知识 6.1.1 热力学的物系 6.1.2 完全气体假设与状态方程、内能和焓、热力学第一定律 6.1.3 熵，热力学过程，热力学第二定律 6.2 音速和马赫数 6.2.1 弱扰动与强扰动 6.2.2 微弱扰动传播过程与传播速度——音速 6.2.3 音速公式 6.2.4 马赫数 6.3 高速一维定常流 6.3.1 一维定常绝热流的能量方程 6.3.2 一维定常绝热流参数间的基本关系式 6.4 微弱扰动的传播区，马赫锥与马赫波 6.4.1 微弱扰动的传播区，马赫锥 6.4.2 马赫波满足的基本关系 6.5 膨胀波 6.5.1 壁面外折δ 6.5.2 超音速流绕外钝角膨胀的计算 6·6 激波 6.6.1 正激波 6.6.2 斜激波 6.6.3 圆锥激波 6.6.4 收敛—扩张喷管在非设计状态下的工作 6.1 热力学基础知识6.1.1 热力学的物系 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，称为隔绝体系 （二）无物质交换，但有能量交换的，称为封闭体系 （三）有物质交换，也有能量交换的，称为开口体系 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。但在分析时我们也常用开口体系（控制体）。 6.1、热力学基础知识 6.1.2 完全气体假设与状态方程、内能和焓、热力学第一定律 1、完全气体假设与状态方程 完全气体：气体分子直径远小于分子的平均自由程，且分子间不存在引力仅为完全弹性碰撞的气体称为完全气体，空气可被假设为完全气体。 状态方程：任何气体的压强、密度、绝对温度三者之间存在一定的关系，称为状态方程。对于完全气体的状态方程为： 其中 R 称为气体常数，空气的 R = 287.053 N.m/(kg.K)。 在热力学中，常常引入另外一个代表热含量的参数 h（焓） 由于 表示单位质量流体所具有的压能，故焓 h 表示单位质量流体所具有的内能和压能之和。 热力学第一定律 热力学第一定律是一条能量守恒定律。对一个封闭物系来说，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 和该物系对外界膨胀所作的功 pdV 这二者之和(这里V是体积)，即： 这是静止物系的热力学第一定律的公式。上式两端同除以物系的质量可得静止物系满足的单位质量能量方程 ： 密度的倒数就是单位质量的体积，即比容 。 单位质量的焓的微分是： 从而静止物系单位质量的能量方程可用焓表为： 一个物系的压强、密度和温度都是状态函数或称点函数 ，内能和焓都是状态函数或函数。 比热 比热：单位质量气体每加热升高一度时所吸收的热量 比热的大小与热力学过程有关 。 由静止气体热力学第一定律： 定容过程的比热（cυ）和等压过程的比热（cp）: 熵增量的表达还可写为（根据上述二式）： 热力学过程 系统可在各种条件下经历热力学过程从一种热力学状态变化到另一种热力学状态，不同的热力学过程可用其对应的压强和比容关系即 p~υ图表达出来。常见的热力学过程可用下式表达： 其中 是比容 6.2 音速和马赫数6.2.1 弱扰动与强扰动 可压流场的流动现象与扰动传播速度和扰动传播区有关 如果描写流场的诸物理参数（ V ， p ，ρ ，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，例如激波便是一种强扰动。 6.2.2 微弱扰动传播过程与传播速度——音速 在不可压流中，微弱扰动传播速度 a 是无限大，扰动瞬间将传遍