燃气涡轮发动机01A

1、 燃气涡轮发动机 1第 一 章 基础知识1.1 物质1.2 物体的运动1.3 热力学基础1.4 气体动力学基础 1.5 传热基础2第 一 章 基础知识力学是研究物质运动基本规律及其应用的科学。主要内容包括：物体运动状态的描述及牛顿运动定律等。热力学是研究能量及其转换的科学。主要内容包括：热力学的基本定律，即热力学第一定律和热力学第二定律；工质的热力性质和热力过程等。气体动力学是研究气体在流动过程中，气体与气体、气体与固体之间相互作用所遵循的规律及参数的变化规律。传热学的研究对象是热量传递的规律。 31.1 物质1.1.1 原子结构自然界中的所有物质都是由分子和原子组成的。分子：在任何状态和形状

2、下，都具有物质原有特性的最小粒子称为分子。原子：原子是构成物质的基本单元，它是一种元素被分割到仍然保持其化学性质的最小颗粒。最简单的原子是氢原子，它由一个电子，一个质子和一个中子组成， 4原子的组成原子是由原子核和核外电子组成的。原子核是由质子和中子组成的。质子带有正电荷，中子是不带电荷的。原子核中的质子数和核外电子数相等。在多数原子中，中子和质子的数目相等。 5核外电子电子是电学中的基本负电荷而不能再分割的粒子。电子绕原子核转动。电子是分层的，最接近原子核的电子层最多可容纳两个电子，第二层最多可容纳八个电子，第三层最多可容纳18个电子，。图中表示的是氧原子：原子核中有8个质子和8个中子，核外

3、有8个电子，分为两层，里层有两个电子，外层有6个电子。61.1 物质-相变1.1.2 物态和相变物态：构成物质的粒子的聚集状态叫物态。物态有三种，即固态；液态和气态。相变：由一种物态向另一种物态的转变叫相变。相变有：由气态变为液态叫液化；(放热)，由液态变为气态叫汽化；(吸热)，由液态变为固态叫凝结；(放热)，由固态变为液态叫熔解；(吸热)，由固态变为气态叫升华；(吸热)，由气态变为固态叫结晶。(放热) 。 三相点：物质的汽化曲线，熔解曲线和升华曲线的交点称为三相点。或是物质的固态，液态和气态共存的温度点。71.2 物体的运动1.2.1 质点、参考系、位移、速度和加速度机械运动是最简单最基本的

4、运动。所谓机械运动是一个物体相对于另一个物体的位置随时间变化的过程。质点:如果在我们所研究的问题中，物体的大小和形状不起作用，或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时，我们就可以近似地把该物体看作是一个具有一定质量而没有大小和形状的理想物体，这个理想物体被称为质点。例如，研究地球绕太阳的公转时，由于地球的半径比地球与太阳间的距离小得多，地球上各点相对于太阳的运动可以看作是相同的，这时，就可以忽略地球的大小和形状，把地球当作一个质点。 81.2 物体的运动参考系:定义:要描述一个物体的机械运动，总得选择另一物体或几个彼此之间相对静止的物体作为参考，然后研究这个物体相对于这些物体是如何运动的。被选作

5、参考的物体叫做参考系。特征:为了从数量上确定物体相对于参考系的位置，需要在参考系上选用一个固定的坐标系，一般在参考系上先选定一点在为坐标原点，再取通过原点并标有长度的线作为坐标轴。常用的坐标系是直角坐标系，它的三条坐标轴(X轴、Y轴、Z轴)相互垂直。根据需要，我们也可以选用其它的坐标系，例如，极坐标系、球坐标系、柱坐标系等。 91.2 物体的运动-位移位移和路程:定义:位移是质点运动起始位置和终了位置之间的距离，而路程是质点运动起始位置和终了位置之间的轨迹。即是质点运动所经过的路程。特征:在直线运动中,位移和路程相同,在曲线运动中,位移和路程不相同。位移是矢量，路程是标量位移和路程的法定计量单

6、位是“米”。101.2 物体的运动-速度速度定义 :质点的位移与相应的时间的比值。特征:速度是矢量。有大小，也有方向，质点的速度方向，是沿着轨迹上质点所在点的切线方向。速度的法定计量单为是 “米/秒” , m/s速度的合成： ；遵循平行四边形法则。速度的分解：遵循平行四边形法则加速度 定义 :质点在某一时刻或在某一位置的瞬时加速度(简称为加速度)等于速度对时间的变化率。特征:加速度是矢量。有大小，也有方向。 加速度的法定计量单位是 米/秒2, m/s2 111.2 物体的运动-直线运动1.2.2 直线运动和圆周运动直线运动分为匀速直线运动和变速直线运动两类。匀速直线运动 质点以速度在作匀速直线

7、运动时， 经过时间质点的位移为： S=Vt匀变速直线运动质点以初速度V0，加速度a在作匀加速直线运动，经过时间t质点的速度和位移分别为： V=V0+at S=V0t+at2/2自由落体运动是典型的匀加速运动。 圆周运动物体以转速转/分绕定轴转动时，其切向速度为： 121.2 物体的运动-牛顿第一定律1.2.3 牛顿运动定律 一、牛顿第一定律牛顿第一定律是：任何物体都保持静止的或沿一直线作匀速运动的状态，直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。牛顿第一定律指明了任何物体都具有惯性，因此，牛顿第一定律又叫惯性定律。所谓惯性，就是物体所具有的保持其原有运动状态不变的特性。牛顿第一定律还说明，仅当

8、物体受到其它物体的作用时才会改变其运动状态，也就是说，其它物体的作用是物体改变运动状态的原因。使物体运动状态改变的相互作用就是力，因此我们说，力是引起运动物体状态改变的原因。131.2 物体的运动-惯性参考系1.2.3 牛顿运动定律 惯性参考系运动只有相对于一定的参考系才有意义，所以牛顿第一定律还定义了一种参考系，在这种参考系中观察，一个不受力作用的物体或处于受力平衡状态下的物体，将保持其静止或匀速直线运动的状态不变，这样的参考系称为惯性参考系。并非任何参考系都是惯性系。实验指出，对一般力学现象来说，地面参考系是一个足够精确的惯性系。牛顿定律只有在惯性参考系中才成立。 141.2 物体的运动-

9、牛顿第三定律1.2.3 牛顿运动定律 二、牛顿第三定律 牛顿第三定律是说： 两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上， 大小相等而方向相反。或者说，当物体A以力FAB作用在物体B上时，物体B必定同时以力FBA作用在物体A上，FAB和FBA在一条直线上，大小相等而方向相反。 FAB =-FBA 作用力和反作用力总是同时以大小相等、方向相反的方式成对地出现的，它们同时出现，同时消失，没有主次之分。 必须指出，作用力和反作用力是分别作用在两个物体上的，这对掌握与应用第三定律是特别重要的。 151.2 物体的运动-力1.2.3 牛顿运动定律 三、常见力 :重力弹力:胡克定律 摩擦力:静摩擦力 ,动

10、摩擦力万有引力161.2 物体的运动-重力重力地球表面附近的物体都受到地球的吸引作用受到的力叫做重力。 W=mg式中m为质量, 质量为物体中所包含物质的多少。其法定计量单位为公斤。171.2 物体的运动-弹力弹力发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹力，又叫恢复力。弹力是产生在直接接触的物体之间并以物体的形变为先决条件的。胡克定律在弹性限度内，弹力大小和形变成正比FMX式中M叫弹簧的劲度系数， 负号表示弹力的方向总是 和弹簧位移的方向相反， 这就是说，弹力总是指向 要恢复它原长的方向。181.2 物体的运动-摩擦力摩擦力两个相互接触的物体在沿接触面相对运动时

11、，或者有相对运动的趋势时，在接触面之间产生一对阻止相对运动的力，叫做摩擦力。静摩擦力相互接触的两个物体在外力作用下，虽有相对运动的趋势，但并不产生相对运动，这时的摩擦力叫静摩擦力。物体所受到的静摩擦力与该物体的运动趋势的方向相反。静摩擦力的大小视外力的大小而定，介乎0和某个最大静摩擦力之间。 动摩擦力当外力超过最大静摩擦力时，物体间产生了相对运动，这时也有摩擦力，叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力也与正压力成正比。对于给定的一对接触面来说， ,一般两者都小于1。 191.2 物体的运动-万有引力万有引力任何两个物体之间的吸引力叫万有引力。牛顿万有引力定律：对于质量分别为m1和m2的两个质点 相距为r时

12、，它们之间的引力F为： F=G0m1m2 /r2式中G0叫万有引力常量 其数值为 G0 6.6710-11Nm2/kg 2重力是由地球对它表面附近的物体的引力引起的万有引力 。 201.2 物体的运动-牛顿第二定律四、牛顿第二定律:物体受到外力作用时，它所获得的加速度的大小与外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。 F=ma牛顿第二定律表明物体的加速度和所受的力，它们同时存在，同时改变，同时消失。一旦作用在物体上的外力被撤去，物体的加速度立即消失，但这并不意味着物体停止运动，按照牛顿第一定律，这时物体将作匀速直线运动，这正是惯性的表现。物体有无运动，表现在它有无速

13、度，而运动有无改变，则要取决于它有无加速度。如果有加速度，则作用在物体上的外力一定存在，力是产生加速度的原因。211.2 物体的运动-力的叠加原理力的叠加原理:如果几个力同时作用在一个物体上，则物体产生的加速度等于每个力单独作用时产生的加速度的叠加，也等于这几个力的合力产生的加速度。这一结论叫做力的独立性原理，又叫力的叠加原理。 在某一瞬间，作用在物体上的所有外力的合力等于物体动量的变化率，而且合力的方向与动量变化率的方向相同。221.2 物体的运动-振动231.2 物体的运动-振动1.2.4 振动自由振动:不在外力作用下的振动叫做自由振动。 受迫振动:物体在周期性外力的作用下产生的振动，叫做

14、受迫振动。振幅: 振动物体离开平衡位置的最大距离。它的大小, 说明物体振动的强弱程度。周期: 物体完成一次全振动所经历的时间。频率: 单位时间内物体完成全振动的次数。物体作自由振动时的频率叫做自由振动频率, 或叫固有频率。241.2 物体的运动-振动1.2.4 振动理论和实验都证明, 物体的自由振动频率的高低, 完全由物体本身的性质(刚度、质量、尺寸等)决定, 而与外力的大小无关。共振：当物体振动的自由频率与外力频率接近或一致时, 物体振动的振幅会急剧增大, 这种现象叫做共振。在机械结构中, 共振的破坏性很大, 必须加以防止。 251.3 热力学基础1.3.1 热力学的基本概念系统（热力系）：

15、在热力学中将研究对象的物质及其所在的空间称为系统。外界：系统之外能够以某种方式与系统发生相互作用的局部区域内的物质称为外界。界面：系统与外界之间的分界面称为界面。界面可以是真实的, 也可以是假想的; 可以是固定的, 也可以是运动的。系统与外界之间的相互作用是指能量（包括热量和功）交换和质量交换。261.3 热力学基础系统的分类：闭口系：与外界无质量交换的系统称为闭口系。特点是系统中包含工质的质量保持不变。开口系：与外界有质量交换的系统称为开口系。特点是系统的容积保持不变。绝热系：与外界无热量交换的系统称为绝热系。孤立系：与外界既无质量的交换也无能量的交换称为孤立系。特点是系统中包含工质的质量和

16、能量均保持不变。简单可压缩系：由可压缩流体构成, 与外界只交换热量和一种模式功的系统称为简单可压缩系。这种系统与外界交换功的模式为容积功。271.3 热力学基础状态：在某一指定的瞬间系统所呈现的一切宏观性质的综合表现称为系统的状态。系统可能呈现各种不同的状态, 其中具有特别重要意义的是平衡状态。平衡状态：所谓平衡态是系统与外界不发生相互作用的条件下, 其宏观性质不随时间变化的状态。热力过程系统从一个平衡态向另一个平衡态变化时所经历的全部状态的总和称为热力过程。热力过程根据其性质可分为: 准静态过程、不平衡过程、可逆过程和不可逆过程等。准静态过程： 由一系列无限接近于内部平衡状态的状态所组成,

17、而且以几乎趋近于零的速度进行的热力过程称为准静态过程, 或称为准平衡过程和内部平衡过程。 可逆过程：系统在经历某一热力过程后, 能够简单地逆转, 使系统和外界可以同时完全复原的过程称为可逆过程, 否则是不可逆过程。循环：封闭的热力过程称为热力循环, 简称为循环。此时系统从一个平衡态经过一系列的状态又回到原来的状态。281.3 热力学基础-温度状态参数：描写系统性质的宏观物理量。基本状态参数： 可以直接测量的状态参数称为基本状态参数。例如温度、压力、比容等。温度：温度表示物体的冷热程度。它是描写处于热平衡状态的系统宏观特性的物理量。温标：温度的数值表示法称为温标。分为热力学温标、摄氏温标、华氏温

18、标等。热力学温标是与测温物质的性质无关的温标，单位为开尔文，代号为K，以标准大气压下水的三相点为唯一的基准点，并规定水的三相点的温度为273.16K，温度单位为1/273.16。摄氏温标是选用标准大气压下水的两相点（冰水混合物）为0度，沸点为100度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。热力学温度与摄氏温度之间的关系： T（K）t273.15华氏温标是选用标准大气压下水的两相点（冰水混合物）为32度， 沸点为212度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。摄氏温度与华氏温度之间的关系 tc=（tF-32）5/9； TF=32+9tc/5291.3 热力学基础-压力压力单位面积上所

19、承受的垂直方向的作用力称为压强或称为压力。压力的法定计量单位是帕斯卡，简称为帕，用Pa表示。 1Pa=1N/m2 1MPa=106Pa；1bar=105Pa绝对压力：系统的真实压力是绝对压力。绝对压力的基准点是绝对真空。表压力：系统的真实压力超出当地大气压力的部分叫表压。 pg=p - p0真空度：系统的真实压力低于当地大气压力的部分叫真空度。 pv=p0 - p注意：表压和真空度都不是状态参数，因为它们的数值不但与系统的真实压力有关，而且与当地的大气压力有关。所以绝对压力才是状态参数。 301.3 热力学基础-状态方程比容单位质量的物质所占有的容积称为比容。比容的法定计量单位是m3/kg。

20、v=V/m状态方程平衡态下基本状态参数压力， 温度和比容之间的关系式称为状态方程，即 F（p，v，T）=0完全气体状态方程：完全气体：将气体分子自身体积和分子间作用力忽略不计的气体称为完全气体。实验和理论都表明：当压力不太高，温度不太低时，各种气体都可按完全气体来处理。对于1公斤完全气体其状态方程为： pv=RT式中：为气体常数。气体常数只决定于气体的种类不随气体的状态而变化。空气的气体常数为287.06j/（kg，K）。 pV=mRT311.3 热力学基础-功四、功和热 功：功是力和沿着力的方向所移动的距离的乘积，用符号W表示。 在热力学中功的定义是： 系统在热力过程中通过边界与外界之间依靠

21、除温差以外的任何势差所传递的能量。要特别指出不能说在某状态下系统具有多少功，而只能说系统与外界交换了多少功。系统内单位质量的物质与外界所交换的功称为比功，用符号w系统对外界作功，则功为正（）外界对系统作功，则功为负（） 功的法定计量单位为“焦耳”(j)； 比功的单位为“焦耳公斤”(j/kg)。321.3 热力学基础-容积功容积功：在热力过程中由于系统容积（比容）变化与外界交换的功称为容积功。容积功分为膨胀功和压缩功。在热力过程中容积不断变大时与外界交换的功称为膨胀功。在热力过程中容积不断变小时与外界交换的功称为压缩功。膨胀功为正，而压缩功为负。功率：单位时间内所完成的功称为功率。用符号N表示。

22、 功率的法定单位为瓦特，简称瓦，瓦焦尔秒。331.3 热力学基础-热量4、热量：Q 系统在过程中通过边界与外界之间依靠温差所传递的能量称为热量。 系统内单位质量的物质与外界所交换的热量称为比热量，用符号q表示。工程热力学中规定： 外界对系统加热，则热量为正() 系统向外界放热，则热量为负() 热量的法定计量单位为“焦耳”(j)， 比热量的单位为“焦耳公斤”(j/kg)。341.3 热力学基础-内能1.3.2 热力学基本定律 一、热力学第一定律 热力学第一定律是能量守衡和转换定律在热力学中的应用。1 、内能: 热力系内部储存的能量。 U=UK + Up+UM+UA式中：U-内能； UK 内动能，

23、它的大小取决于温度； Up 内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容； UM 化学能； UA 原子能。在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。内能是状态参数。对于完全气体，内能只包含有内动能，所以，完全气体的内能只是温度的单值函数。内能的法定计量单位为j（焦尔）,1公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为j/kg。351.3 热力学基础-热力学第一定律1.3.2 热力学基本定律一、热力学第一定律图示的由气缸活塞组成的闭口热力系, 在初始平衡状态时, 热力系的内能为U1, 当外界对热力系加入Q的热量时, 热力系对外界作了W的功, 使热力系达到平衡状态, 这时热力系的内能为

24、U2 根据能量守恒和转换定律, 在此过程中进入热力系的能量为Q, 离开热力系的能量为W, 热力系储存能量的变化为UU2U1 于是有: 361.3 热力学基础-热力学第一定律1.3.2 热力学基本定律 闭口系热力学第一定律：闭口系与外界交换的热量等于系统内能的变化与热力系与外界所交换的功之和。 Q=U2-U1+W 或 q=u2-u1+w它们适用于任何过程，也适用于任何工质。是一个普遍适用的关系式。 微分形式可表示为: Q =dU+ W 或 q=du+w循环过程中的热力学第一定律表达式是：系统与外界交换的循环功等于与外界交换的循环热。 371.3 热力学基础-焓焓： 焓的定义为: H=U+pV 焓

25、是状态参数。 单位质量物质的焓称为比焓, 用 h 表示, 即 h=u+pv 焓的法定计量单位为j（焦尔）, 比焓的单位为j/kg。用焓表示的热力学第一定律 q=d h +wt 式中wt叫技术功。 Wt =-v dp381.3 热力学基础-热力学第二定律1.3.2 热力学基本定律 二、热力学第二定律 热力学第二定律的任务是研究热力过程进行的方向，条件和限度的 热力学第二定律的两种说法： 开尔文说法：“不可能制造出从单一热源吸热并使之全部转变为功的循环发动机”。 克劳修斯说法：“不可能由低温物体向高温物体传送热量而不引起其它变化”。 391.3 热力学基础-热力学第二定律401.3 热力学基础-热

26、力学第二定律1.3.2 热力学基本定律 熵和熵方程熵：在微元可逆过程中系统与外界交换的热量与换热时系统温度的比值叫微元熵增，用符号 dS 表示，S称为熵。 dS=（Q/T）re熵是状态参数。 单位质量的物质的熵称为比熵，用s表示。 s=S/m 或 ds=（q/T）re熵的法定计量单位为j/K， 比熵的单位为（j/kg，K，）。 411.3 热力学基础-热力学第二定律不可逆过程的熵可逆过程的熵:热力系由状态1经可逆过程A到状态2, 熵的变化为:不可逆过程的熵:热力系由状 态1经不可逆过程B到状态2, 熵的变化为: 421.3 热力学基础-热力学第二定律1.3.2 热力学基本定律 熵方程： dS=

27、 Sf+ Sg 或 ds= sf+ sg 熵流：熵流是由于系统与外界换热而产生的熵的变化量sf 。 它是热能中的不可用能部分的表征。 熵产：熵产是由不可逆因素引起的系统熵的变化量sg ， 熵产恒为正值或等于零。它是系统中可用能的不可逆损失的表征。或者说熵产是一切不可逆特征的表征。431.3 热力学基础-热力学第二定律关于熵的几个问题1、在状态1和2之间有两个过程,其中， 过程A为可逆过程,过程B为不可逆过程。则S1A2与S1B2的关系是: S1A2 S1B2; S1A2 =S1B2; S1A2 S1B22、热力系经历一可逆过程,外界对热力系加入10千焦的热量，对外作出4千焦的功,则热力系的熵变

28、大于零;小于零;等于零,不等于零。 3、热力系经历一可逆过程,热力系向外界放出10千焦，外界对热力系输入4千焦的功,则热力系的熵变大于零;小于零;等于零,不等于零。4、热力系经历一不可逆过程,外界对热力系加入10千焦的热量，对外作出4千焦的功，则热力系的熵变大于零;小于零;等于零,不等于零。 5、热力系经历一不可逆过程,向外界放出10千焦，外界对热力系输入4千焦的功,则热力系的熵变大于零;小于零;等于零,不能判别。 441.3 热力学基础-气体的热力性质1.3.3 完全气体的热力性质一、比热容: 1公斤质量的物质在无耗散的准静态过程中，温度升高（或降低）K所需加入（或放出）的热量称为该物质在此

29、过程中的比热容。比热容法定计量单位是（J/kg.K) 1、定容比热容：1公斤的气体在容积不变的无耗散准静态过程中， 温度升高（或降低）1K所需加入（或放出）的热量称为该种气体的定容比热容。用符号cv表示。 定容比热容与气体的种类和温度有关。 定容比热容的法定计量单位为（J/kg，K）。2、定压比热容：1公斤的气体在压力不变的无耗散准静态过程中， 温度升高（或降低）1K所需加入（或放出）的热量称为该种气体的定压比热容。用符号cp表示。 定压比热容与气体的种类和温度有关。 定压比热容的法定计量单位为（J/kg，K）。451.3 热力学基础-气体的热力性质1.3.3 完全气体的热力性质3、定压比热容

30、与定容比热容的关系（1）梅耶关系式：对于完全气体有 cp-cv=R 此式表明：尽管完全气体的定压比热容和定容比热容都随温度而变化，而它们的差值却与温度无关，恒等于气体常数。又因为气体常数R， 所以 cp cv 。 （2）热容比（绝热指数，定熵指数 ） 定压比热容与定容比热容的比值称为热容比，又叫绝热指数或定熵指数。即 k=cp/cv 热容比不但与气体的种类有关，而且与温度有关。当将热容比作为常数处理时，对于空气1.40，对于燃气1.33。461.3 热力学基础-气体的热力性质1.3.3 完全气体的热力性质二、完全气体的内能, 焓和熵1、内能：完全气体的内能仅仅是温度的函数。对于定比热完全气体：

31、 u2-u1=cv（T2-T1） 2、焓：完全气体的焓也仅仅是温度的函数。对于定比热完全气体： h2-h1=cp（T2-T1） 3熵 三、热量的计算 热量是过程量,不同的过 程用不同的公式进行计算. 471.3 热力学基础-定熵过程1.3.4 热力过程 一、定熵过程:可逆的绝热过程是定熵过程.过程方程为: 常数=481.3 热力学基础-多变过程1.3.4 热力过程 二、多变过程:满足 p v n C的过程叫做多变过程.当n时：多变过程的过程方程变为：p常数，为定压过程。当n时：多变过程的过程方程变为：T常数，为定温过程。当n时：多变过程的过程方程变为：s常数；为定熵过程。 当n：多变过程的过程

32、方程变为：v常数，为定容过程。491.4 气体动力学基础 1.4.1 气体的性质一、气体的压缩性 压缩性是气体的重要属性。 气体的密度随着压力或温度的变化而变化的性质称为气体压缩性。对于气流速度和当地音速之比（该比值称为马赫数，用符号Ma表示）小于0.3的定熵绝能流动可以当作不可压流来处理。 二、气体的粘性 粘性是实际气体的一个物理属性。它表示出气体对于切向力的一种反抗能力。 501.4 气体动力学基础 1.4.1 气体的性质1附面层:沿壁面法线方向速度梯度较大的一层流体称为附面层,附面层的厚度为,附面层边界流体的速度为99%V 2层流和紊流临界雷诺数Recr ：当Re Recr 时，为层流流

33、动；当Re Recr时，为紊流流动；对于光滑管内流动Recr =2300雷诺数的物理意义511.4 气体动力学基础 1.4.1 气体的性质3牛顿内摩擦定律 牛顿内摩擦定律指出，当流体处于层流流动状态时，流体内摩擦力的大小与流体的速度梯度和接触面积成正比，而且还与流体的性质有关。 牛顿内摩擦定律只适用于流动状态为层流的情况，而不适用于紊流的流动状态，也不适用于非牛顿流体。牛顿内摩擦定律中的称为动力粘性系数。它是一个物性参数，其大小取决于气体的物理性质和温度。对气体来说，温度越高，动力粘性系数越大。521.4 气体动力学基础-基本方程 1.4.2 一维定常流的基本方程一维定常流动是指在流动中描写流

34、体运动的参数, 如速度、压力、密度、温度等都是一个坐标的函数，这个坐标可以是直线坐标，也可以是曲线坐标。自然界中的一切过程都遵守质量守恒定律、能量守恒与转换定律、牛顿运动定律及热力学第一定律。当然，气体在流动过程中也遵守这些定律。把这些定律应用于气体流动过程所得到的数学关系式称为基本方程，包括：连续方程、动量方程、能量方程、贝努利方程。531.4 气体动力学基础-连续方程 1.4.2 一维定常流的基本方程连续方程将质量守恒定律应用于运动流体所得到的数学关系式称为连续方程。一维定常流中，控制体内气体的质量保持不变，因此，质量守恒定律可表述为单位时间内流入控制体的质量等于单位时间流出控制体的流体的

35、质量。即：qm1=qm2质量流量：单位时间内流入或流出控制体的流体的质量称为质量流量。质量流量的法定计量单位为：kg/s。在一维定常流中, 通过同一流管任意截面上的流体的质量流量保持不变。 常数体积流量, 单位时间流入或流出控制体流体的体积。体积流量的法定计量单位为：m3/s。当流体不可压缩时：常数541.4 气体动力学基础-动量方程 1.4.2 一维定常流的基本方程动量方程将牛顿第二定律应用于运动流体所得到的数学关系式称为动量方程。对于无粘性的一维定常流, 在忽略质量力的情况下, 其动量方程为; dp+VdV=0 此式说明: 当气流压力的增量为正时, 气流速度的增量一定为负；当气流压力的增量

36、为负时, 气流速度的增量一定为正。这就是说，在同一流管中气流静压增大的地方，流速减小；气流静压减小的地方，流速增大。55一维定常流能量方程561.4 气体动力学基础-能量方程 1.4.2 一维定常流的基本方程能量方程将能量守恒定律和转换定律应用于运动流体所得到的数学关系式称为能量方程。能量方程可表述为：控制体内单位质量的流体与外界交换的热量等于焓的变化量、动能变化量、重力位能变化量及通过旋转轴与外界所交换的轴功之和，即： Q=（H2-H1）+gm（z2-z1）+W s +m（V22-V12）/2 q=（h2-h1）+g（z2-z1）+w s +（V22-V12）/2 对于气体，可以略去重力位能

37、的变化量，则能量方程可以用总焓表示为： q=h2*-h1*+ws 或 q=dh*+ws 该式说明, 在一维定常流中，控制体与外界交换的热量等于体系总焓的变化量与体系通过旋转轴与外界交换的轴功之和。 571.4 气体动力学基础-贝努利方程 1.4.2 一维定常流的基本方程不可压流的贝努利方程对于定熵绝能忽略重力位能的不可压流,密度常数,可以得到: 它说明在不可压流中任一点流体的静压与动压之和保持不变。定义不可压流的静压与动压之和为全压, 也可以称为总压, 用符号p*表示。在不可压流中, 当流动管道横截面积缩小时, 流体的流速增大, 压力下降。反之, 当流动管道横截面积扩大时, 流体的流速下降,

38、压力增高。流动参数的这种变化规律可用图1-20表示。581.4 气体动力学基础-贝努利方程不可压流的贝努利方程59文氏管测流速流量 由贝努利方程 连续方程 得到601.4 气体动力学基础-音速和马赫数1.4.3 音速和马赫数 一、音速音速是微弱扰动压缩波和微弱扰动膨胀波在流体介质中的传播速度，用符号a表示。完全气体中音速的计算公式是： 对于空气：二、马赫数流场中任一点处的流速与该点处气体的音速的比值，叫做该点处气流的马赫数，用符号Ma表示。即 Ma =V/ a 马赫数的物理意义:气体宏观运动动能与微观运动动能的比值.马赫数的用途:气体压缩性的判别准则;根据马赫数的大小可以把流动分为：亚音速流动

39、 Ma1.0； 音速流动 Ma1.0； 超音速流动 Ma1.0。无粘性可压缩流动力相似的判别准则。611.4 气体动力学基础-滞止参数1.4.4 滞止参数 一、滞止状态滞止状态：某一状态的气流通过定熵绝能的过程将速度滞止为零时的状态称为该状态的滞止状态。滞止参数：通过定熵绝能的过程将气流速度滞止到零而得到的参数。滞止参数又叫总参数。其中包括有滞止焓（总焓）、滞止温度（总温）、滞止压力（总压）、滞止密度（总密度）和滞止音速等。分别用符号h*、T*、p*和a*表示。和滞止参数相对应的是气体流动过程中任何一点的当地热力参数：h、T和p。这些称为静参数，是观察者和气流微团一起运动时测得的热力参数。 6

40、2滞止参数631.4 气体动力学基础-滞止参数1.滞止焓和滞止温度滞止焓：流场内任一点的滞止焓就是该点的静焓与动能之和。 h* h +V2/2 滞止温度 2、滞止压力飞机上的飞行马赫数表就是根据此式制成的。641.4 气体动力学基础-滞止参数4.滞止参数的变化规律总焓形式的能量方程 q=h2*-h1*+ws总压形式的能量方程 651.4 气体动力学基础-滞止参数热阻：对流动的气体加热使气流总压下降的现象叫热阻。影响热阻的因素有：加热量和气流马赫数。当气流马赫数保持不变时，加热量大则总压下降多，热阻大；当加热量保持不变时，气流马赫数大则总压下降多，热阻大；661.4 气体动力学基础-临界参数1.

41、4.5 临界参数和速度系数 1、临界参数将某一状态的气流通过定熵绝能的膨胀或压缩过程使气流达到临界状态时的参数称为临界参数。临界参数有临界音速、临界速度、临界压力、临界温度、临界密度和临界面积等。分别用符号acr、Vcr、Tcr、pcr和Acr表示。临界音速 对于空气 对于燃气 671.4 气体动力学基础-速度系数2速度系数气流速度与临界音速的比值为速度系数，用符号表示，即当Ma时，；当Ma 时，；当Ma 时，；当Ma 时，；当Ma 时，681.4 气体动力学基础-气动函数三 气体动力学函数1、用表示的总静参数之比的关系式691.4 气体动力学基础2 流量函数密流是：单位时间流过单位面积的流体

42、质量。流量函数当时，；当时，随着的增大， 也增加；当时， ；当时，随着的增大， 减小；当 时， 。 70流量函数711.4 气体动力学基础1.4.6 流量函数对于一个给定的 值只有一个 值与之对应；对于一个给定的 值，一般有两个 值与之对应，其中一个是亚音速的值，另一个是超音速的值。流量公式721.4 气体动力学基础-变截面流对于一维定常定熵绝能流，由于总参数保持不变，则有 ：A 时： Ma V p T时： Ma V p TA 时： Ma V p T时： Ma V p T731.4 气体动力学基础-变截面流亚音速气流 ：管道截面积减小时，气流的速度增大；静压和静温下降。管道截面积增大时，气流的

43、速度减小。静压和静温上升。超音速气流：管道截面积增大时，气流的速度增大；静压和静温下降。管道截面积减小时，气流的速度减小。静压和静温上升。74一维定常流751.4 气体动力学基础-变截面流当时，管道的截面积最小，即临界截面必然是管道中的最小截面。但是应该指出，管道的最小截面并不一定是临界截面。要将气流定熵绝能地由亚音速加速到超音速，管道必须作成先收缩后扩张的形状，即所谓的拉瓦尔喷管。 喷管：使气流速度增加，压力下降的管道。扩压器：使气流速度下降，压力增加的管道。76拉瓦尔喷管771.4 气体动力学基础-激波1.4.7 激波 一、微弱扰动在气流中的传播1在静止气体中：微弱扰动可以传遍整个流场。

44、2在亚音速气流中：微弱扰动可以传遍整个流场。 3在音速气流中：微弱扰动只能向下游传播, 不能向上游传播 4在超音速气流中：微弱扰动只能向下游在马赫锥内传播。马赫锥的锥面叫做马赫波;马赫锥的母线与来流速度方向之间的夹角叫做马赫角。 78791.4 气体动力学基础-激波1.4.7 激波二、激波激波的特点是: 超音速气流通过激波后，气流速度和气流马赫数突然下降, 而气流压力, 温度, 密度突然增大气流流过激波是一个绝能的流动过程, 故总温不变, 而总压突然下降, 产生较大的损失 正激波：激波波面与来流方向相垂直。超音速气流流过正激波后, 变为亚音速气流。斜激波：超音速气流流过斜激波后,气流马赫数变小, 但一般仍为超音速。曲线激波： 80811.5 传热基础1.5.1 导热热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为导热，