氣體動力學(xué)

內(nèi)容概要

　　《高等學(xué)校教材：氣體動力學(xué)（第2版）》是在1990年出版的《氣體動力學(xué)》（第1版）的基礎(chǔ)之上，按照工程力學(xué)專業(yè)氣體動力學(xué)課程教學(xué)要求及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修訂的，并汲取了不少高校院所授課專家提供的修訂意見和建議?！　”緯⒅亟沂練怏w流動的基本力學(xué)原理，并力求用現(xiàn)代的觀點來闡述；在講述典型的氣體動力學(xué)方法的同時，注意反映當(dāng)代數(shù)值計算的趨勢，并適當(dāng)聯(lián)系工程應(yīng)用?！　”緯?章，內(nèi)容包括：基本概念和預(yù)備知識，理想氣體運動的基本方程組，氣體的一維定常流動，膨脹波和斜激波，理想氣體定常勢流的線化方法，定常超聲速流動的特征線法，一維不定常流動，跨聲速流動，高超聲速流動引論。　　本書可供理工科工程力學(xué)專業(yè)的本科生作為教材之用，亦可供工科有關(guān)專業(yè)的氣體動力學(xué)課程作為教材之用，并可供有關(guān)教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考?！　”緯?版獲1995年國家教委優(yōu)秀教材一等獎、1998年教育部科技進(jìn)步二等獎。

作者簡介

童秉綱（1927—），男，江蘇張家港人。1950年南京大學(xué)畢業(yè)，1953年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究生班，畢業(yè)伊始便擔(dān)任該校理論力學(xué)教研室主任。1961年到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代力學(xué)系任教，曾擔(dān)任流體力學(xué)教研室主任和系主任，1981年起任教授和博士生導(dǎo)師。1984年5月至l985年10月在加拿大滑鐵盧大學(xué)和美國加州理工學(xué)院等4校任訪問學(xué)者。1986年起在中國科學(xué)院研究生院任教至今。1997年當(dāng)選中國科學(xué)院院士。主要從事空氣動力學(xué)和氣動熱力學(xué)、非定常流與渦運動、生物運動力學(xué)等方面的研究。 孔祥言（1932—），男，安徽合肥人。1956年8月畢業(yè)于北京大學(xué)力學(xué)專業(yè)，到中國科學(xué)院力學(xué)所和上海機電設(shè)計院從事火箭設(shè)計計算工作。1963年起在國防科工委系統(tǒng)從事衛(wèi)星空間技術(shù)研究設(shè)計，曾參與長征1號運載火箭和返回式衛(wèi)星方案設(shè)計的部分工作。1975年到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)做教學(xué)和科研工作，20世紀(jì)80年代任副教授、教授、博士生導(dǎo)師。著有《高等滲流力學(xué)》，合作編著《氣體動力學(xué)》。曾獲國家科技進(jìn)步三等獎一項，中國科學(xué)院和省部級一等獎多項。 鄧國華（1941—），男，福建省龍巖市人，教授，享受國務(wù)院政府特殊津貼。1965年中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高速空氣動力學(xué)專業(yè)畢業(yè)后留校任教，長期主講氣體動力學(xué)等課程。1995年合作編著《氣體動力學(xué)》教材，榮獲國家教委第三屆優(yōu)秀教材一等獎；1998年榮獲教育部科技進(jìn)步二等獎；多年合作從事“飛行器渦系間的相互作用及對氣體特性影響”方面的研究，在美國航空航宇雜志以及國際實驗流體力學(xué)年會上發(fā)表多篇論文。1990—2002年期間，擔(dān)任中國科學(xué)技術(shù)大校學(xué)生處處長、招生與就業(yè)指導(dǎo)辦公室（處）主任等職，并于1994年被國家教委授予“全國普通高校畢業(yè)生分配工作先進(jìn)工作者”稱號，1998年被中國科學(xué)院授予“中國科學(xué)院優(yōu)秀教育管理工作者（地奧教育管理獎）”稱號?，F(xiàn)擔(dān)任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院《MBA／MPA人》雜志副主編，并為人力資源相關(guān)專業(yè)碩士生主講人力資源管理課程。

書籍目錄

主要符號表 第一章基本概念和預(yù)備知識 1.1緒論 1.2熱力學(xué)狀態(tài)和過程 1.3熱力學(xué)定律和基本方程 1.3.1內(nèi)能 1.3.2熱力學(xué)第一定律，焓，熱容 1.3.3熱力學(xué)第二定律，熵 1.3.4熱力學(xué)基本方程 1.4完全氣體的熱力學(xué)特性 1.4.1熱完全氣體狀態(tài)方程 1.4.2量熱完全氣體狀態(tài)方程 1.4.3基本熱力學(xué)函數(shù)的確定 1.5化學(xué)熱力學(xué)簡介 1.5.1化學(xué)反應(yīng)式 1.5.2化學(xué)熱力學(xué)基本方程  1.5.3有化學(xué)反應(yīng)的熱完全氣體混合物的熱力學(xué)特性 1.5.4化學(xué)平衡準(zhǔn)則 1.6聲速，馬赫數(shù) 1.6.1聲速  1.6.2馬赫數(shù)，氣流速度范圍的劃分 第二章理想氣體運動的基本方程組 2.1 引言 2.2連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒方程 2.2.1隨體觀點的積分形式和微分形式 2.2.2當(dāng)?shù)赜^點的積分形式和微分形式 2.2.3直角坐標(biāo)和曲線坐標(biāo)中連續(xù)性方程的表達(dá)式 2.3物質(zhì)導(dǎo)數(shù)的變換關(guān)系 2.3.1微分形式的變換關(guān)系  2.3.2有限質(zhì)量系統(tǒng)積分形式的變換關(guān)系 2.4理想氣體的動力學(xué)方程 2.5動力學(xué)方程的幾個積分 2.5.1含有渦量及壓力函數(shù)的動力學(xué)方程 2.5.2拉格朗日（Lagrange）積分 2.5.3伯努利（Bernoulli）積分 2.5.4歐拉積分 2.6理想氣體的能量方程 2.6.1隨體觀點的能量方程 2.6.2當(dāng)?shù)赜^點的能量方程  2.6.3克羅柯（Crocco）方程 2.7理想氣體的基本方程組，初始條件和邊界條件 2.7.1微分形式的基本方程組 2.7.2邊界條件和初始條件  2.7.3小結(jié)  第三章氣體的一維定常流動 3.1引言 3.2絕熱流和等熵流的基本關(guān)系 3.2.1能量方程及其特征常數(shù) 3.2.2量綱一的速度λ 3.2.3沿流線的等熵流關(guān)系式 3.2.4比流量密度和流量公式 3.3廣義一維定常流的基本方程組 3.3.1幾個制約因素在基本方程中的數(shù)學(xué)表示 3.3.2廣義一維定常流的基本方程組 3.3.3流動特性參數(shù)的微分關(guān)系式 3.4氣體沿變截面管道的等熵流動 3.4.1流動參數(shù)與截面面積變化的微分關(guān)系  3.4.2積分關(guān)系式 3.4.3噴管的流速與流量的計算 3.5定常正激波 3.5.1正激波的形成過程簡述 3.5.2激波的厚度及激波的數(shù)學(xué)模型 3.5.3研究正激波前后氣流關(guān)系的基本方程  3.5.4正激波前后的參數(shù)關(guān)系 3.6拉瓦爾噴管在各種壓比下的工況 3.7等截面絕熱摩擦管流 3.7.1摩擦對氣流參數(shù)的影響 3.7.2摩擦管中氣流參數(shù)的計算 3.7.3最大管長和摩擦壅塞 3.8等截面加熱管流 3.8.1加熱對氣流參數(shù)的影響 3.8.2氣流參數(shù)的積分關(guān)系式 3.8.3熱壅塞 3.8.4爆震波和緩燒波簡介 3.9簡單添質(zhì)管流 3.9.1添質(zhì)作用對主流參數(shù)的影響  3.9.2氣流參數(shù)的積分關(guān)系式 第四章膨脹波和斜激波 4.1理想氣體定常等熵流動的基本方程組 4.2普朗特—邁耶膨脹波 4.3斜激波 4.3.1引言 4.3.2斜激波與正激波的關(guān)系 4.3.3斜激波的基本關(guān)系式 4.3.4激波極線 4.3.5數(shù)值表的用法 4.4激波、膨脹波的反射和相交 4.5計算翼型氣動力的激波—膨脹波法和簡單波法  4.6超聲速圓錐軸對稱繞流精確解 第五章理想氣體定常勢流的線化方法 5.1小擾動線化方程及邊界條件，壓力系數(shù)公式 5.1.1小擾動線化方程 5.1.2線化的物面邊界條件 5.1.3線化壓力系數(shù) 5.2沿波形壁的二維流動 5.2.1亞聲速流動 5.2.2超聲速流動  5.2.3跨聲速流動 5.2.4沿波形壁亞聲速流動和超聲速流動的討論 5.3亞聲速線化流動的相似法則 5.3.1格泰特（Gthert）法則 5.3.2普朗特一格勞特法則 5.4超聲速二維機翼的線化解 5.4.1物理模型和數(shù)學(xué)模型的建立  5.4.2解法 5.4.3氣動力系數(shù) 5.5小擾動線化方程的基本解 5.5.1不可壓縮流體的空間無旋基本流動 5.5.2亞聲速線化方程基本解 5.5.3超聲速線化方程基本解 5.6細(xì)長旋成體繞流 5.6.1小擾動線化方程，邊界條件和壓力系數(shù) 5.6.2亞聲速細(xì)長體軸對稱繞流的源（匯）分布法 5.6.3超聲速細(xì)長體軸對稱繞流的源（匯）分布法 5.7速度圖法 5.8卡門—錢學(xué)森近似方法 第六章定常超聲速流動的特征線法 6.1特征線理論的一般論述 6.1.1數(shù)學(xué)上特征線的概念 6.1.2定常二維超聲速流場中特征線的物理意義 6.2定常二維超聲速無旋流動的特征線法 6.2.1控制偏微分方程，特征線和相容關(guān)系  6.2.2用特征線法計算流場概述 6.2.3單元處理過程 6.2.4分析已知形狀噴管內(nèi)的流動  6.2.5設(shè)計超聲速風(fēng)洞噴管 6.2.6小結(jié) 6.3簡單波 6.4定常二維等熵有旋超聲速流動的特征線法 6.4.1控制偏微分方程、特征線和相容關(guān)系  …… 第七章一維不定常流動 第八章跨聲速流動 第九章高超聲速流動引論 習(xí)題 數(shù)表 參考文獻(xiàn) 索引 作者簡介

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第二章理想氣體運動的基本方程組 2.1 引言 本章敘述理想氣體運動的基本方程組。所謂理想氣體是指無黏性和無導(dǎo)熱性的氣體。 在1.1中已提到過，無論是氣體的外部或內(nèi)部流動問題，一般的提法是：從基本方程組出發(fā)，按給定的條件求解出流場的流動參數(shù)，特別是要確定物體表面的物理量（如壓力、切應(yīng)力、溫度、熱流等）。 雖然當(dāng)今的計算技術(shù)已有了長足的進(jìn)展，但數(shù)值求解完整的黏性氣體三維基本方程組仍有困難。事實上，人們始終在探索分層次的簡化模型和按層次求解的途徑。在氣體動力學(xué)中，例如，對于求解氣體繞尖薄物體的無分離流動（附體流動）這一類問題，無黏性流動理論和邊界層理論的關(guān)聯(lián)和組合，是體現(xiàn)分層次求解問題的范例。下面稍具體地作點說明。式中p是密度，L和V分別為物體的特征長度和特征速度，μ是氣體的黏度。例如空氣在15℃時的μ=1.789×10—5N·s／m2。若氣體的流速較大，而黏度較小，則Re很大，這表示黏性效應(yīng)很小。于是在附體流動這一類問題中，氣體的黏性效應(yīng)只出現(xiàn)在物面上的邊界層區(qū)域內(nèi)以及物后的窄尾跡區(qū)內(nèi)，在這些區(qū)域以外的流場都可認(rèn)為是無黏性的。只要Re很大，邊界層即足夠薄，因而其位移厚度對無黏性外流的附加影響就可略去不計。這樣，我們就可以不考慮邊界層厚度，認(rèn)為物面外都是無黏性流場，令人鼓舞的是：在上述條件下用無黏性流動理論求解出的物面壓力分布。與計及邊界層內(nèi)的黏性和導(dǎo)熱性影響后所得出的物面壓力分布幾乎相同。這已為大量的實驗和廣泛的工程實踐所驗證。另一方面，無黏性流動的解還給邊界層理論提供外流條件，從而可從邊界層方程解出物面的切應(yīng)力、溫度和熱流。 通過以上討論，讀者不難理解無黏性流動理論在氣體動力學(xué)中的應(yīng)有地位和建立理想氣體運動的基本方程組的重要性。 有必要解釋一下黏性和導(dǎo)熱性的關(guān)系。氣體的黏性和導(dǎo)熱性都來源于分子的輸運過程，分子的動量輸運在宏觀上表現(xiàn)為黏性，分子的能量輸運則表現(xiàn)為導(dǎo)熱性，因此黏度μ和導(dǎo)熱系數(shù)λ之間有確定的關(guān)系。 建立基本方程時首先面臨著這么一個問題：怎樣選取流體物質(zhì)形態(tài)的模型作為研究對象。與運動的固體不同，運動的流體充滿著空間，有無限多個自由度，因而不可能像對運動的固體那樣，可以一目了然地選定研究對象。基于兩個不同的出發(fā)點，有兩種流體模型可供選擇。一種是隨體觀點的模型，它認(rèn)定某個有確定質(zhì)量的流體團(tuán)，稱為封閉系統(tǒng)，其特點是：（1）系統(tǒng)的體積τ（t）和界面積σ（t）因隨流體運動而隨時變化；（2）在系統(tǒng)的界面上，只有能量交換，沒有質(zhì)量交換。另一種是當(dāng)?shù)赜^點的模型，它在流體空間認(rèn)定一個固定的控制面所包圍的區(qū)域，稱為開口系統(tǒng)，其特點是：（1）系統(tǒng)的體積τ和界面積σ是固定不變的；（2）在系統(tǒng)的界面上既有質(zhì)量交換，又有能量交換。其實，這兩種觀點都要選取各自所定義的系統(tǒng)內(nèi)的流體物質(zhì)作為研究對象，其區(qū)別僅僅在于：所謂隨體觀點的模型乃是在長時間內(nèi)認(rèn)定某一團(tuán)固定質(zhì)量的流體作為對象，而所謂當(dāng)?shù)赜^點的模型則是在各個不同時刻分別選取各該時刻流過某個固定空間區(qū)域的通常是不同質(zhì)量的流體作為對象。

編輯推薦

《高等學(xué)校教材:氣體動力學(xué)(第2版)》可供理工科工程力學(xué)專業(yè)的本科生作為教材之用，亦可供工科有關(guān)專業(yè)的氣體動力學(xué)課程作為教材之用，并可供有關(guān)教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

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