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1、气体动力学基础,目 录,等截面绝热磨擦管流 等截面换热管流 等截面变流量管流,等截面绝热磨擦管流,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,等截面绝热磨擦管流,基本方程组：,如何描述热力学发展方向？,等截面绝热磨擦管流,基本方程：,工程热力学（定比热完全气体）：,等截面绝热磨擦管流,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。,等截面绝热磨擦管流,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
2、能,等压膨胀功,定比热完全气体,微分形式得范诺线,等截面绝热磨擦管流,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,等截面绝热磨擦管流,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,等截面绝热磨擦管流,带管壁摩擦的动量方程,摩擦系数f,总压定义,M定义,等截面绝热磨擦管流,冲量函数定义,绝能管流中的熵,等截面绝热磨擦管流,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
3、固壁粘性摩擦，可以4f*dx/D作为自变量，得到(4-41)(4-48),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,等截面绝热磨擦管流,摩擦管流的积分解,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),积分求解(p183),等截面绝热磨擦管流,摩擦壅塞,摩擦使得管中部出现临界截面,换热管流,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,换热管流,开
4、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,换热管流,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,换热管流,换热管流,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
5、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,换热管流,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)，（466）,换热管流,等截面换热管流微分方程组,热阻,换热管流,换热管流的工程计算,利用换热管流的四大方程简化形式，可用任意一种气动方程组形式求解，如气动
6、函数形式,由动量方程可得,由质量方程可得,用于进出口求解总温比总压比与进出口速度系数之间的关系,换热管流,由状态方程可得,由能量方程可得,用于求解到进出口静压、静温、密度比与进出口速度系数的关系,用于求解加热量与进出口总温比的关系,换热管流,加热壅塞现象,亚音加热,超音加热,超音加热,全管亚音,换热管流,存在临界加热量 对于给定总温总压，亚音速气流的起始马赫数存在最小值，超音速气流起始马赫数存在最大值,亚音速气流的起始马赫数越大，或超音速气流起始马赫数越小，则临界加热量越小,换热管流,凝结突跃,总结,凝聚突跃：超音气流速度突然下降，密度、温度、压强、总温突然上升，总压下降。强度取决于加热量,激
7、波：速度由超音变亚音，强度由波前马赫数确定，总温不变。,变流量管流,应用及意义：,火箭发动机药柱孔内的燃气流动、液体蒸发器、发汗冷却凝管等等。 建立流量变化的管流发展趋势概念：使气流趋于音速，若加入的流体带动主流，熵减；反之，熵增,基本假设,无摩擦 无机械功输入输出 流路面积不变 无化学反映 在控制体内完全掺混均匀（出口处截面参数均匀） 无热量加入（加热流与主流总焓、比热比、气体成份相同）,变流量管流,基本方程的变化部分（与前相比的特殊变化）,流量方程,动量方程x,略高阶项dmdv 除以pA,能量方程,状态方程,变流量管流,加质量流规律（p201表4-9）,使超音流减速、使亚音速加速均趋于音速流动 不管超音、亚音流，附加流带动主流则熵减，总压增，主流带动附加流则熵增，总压降。（通常是后者） 其他见表49。亚音速流降压降温，超音流将增压增温。,变流量管流,加质量流垂直于主流的情形,变流量管流,固体火箭发动机内准定常流计算迭代方法说明,变流量管流,