第七章气体运动

第七章气体运动第1页，课件共19页，创作于2023年2月气体运动是在考虑压缩性的前提下，研究气体流动的基本规律，以及气流与物体之间相互作用的问题。气体运动，与液体运动有联系，有区别。前言第2页，课件共19页，创作于2023年2月气体的一元流动是气体动力学中最基本的内容，它只研究气体流动参数在过流断面上的平均值的变化规律，而不研究气体流场的空间变化情况。当气体的流动速度<(70~100)m/s，则气体的可压缩性很不明显，此时可把液体流动规律直接用到气体上；当气体的流动速度>(70~100)m/s，则气体可压缩性将明显增加，此时还必须考虑热效应(热变态)，气体动力学与热力学还有着密切的关系，因此气体状态参数要比液体运动状态参数多，确定气体运动状态的参数一般有压强p，流速u，密度

，气体的绝对温度T等四个。第一节一维定常流动基本方程第3页，课件共19页，创作于2023年2月一、气体状态方程式二、连续性方程实际气体的压缩系数对于可压缩性一维定常管流，气流速度的变化必然引起流体密度的变化；反之亦然第4页，课件共19页，创作于2023年2月三、能量方程等温流动中的伯努利方程式第5页，课件共19页，创作于2023年2月绝热过程流动的伯努利方程意义：理想气体稳定流动，气流流束单位质量所具有的机械能和内能之和为常数。也适用于有粘性的实际气流中。这个公式有十分重要的实际意义。第6页，课件共19页，创作于2023年2月例7-1空气从中间高速喷出，1断面p1=1200kPa,v1=100m/s,T1=300K，2断面压力p2=1000kPa。求2-2断面处的速度v2解：按绝热流动计算。忽略阻力损失，建立方程：第7页，课件共19页，创作于2023年2月续前第8页，课件共19页，创作于2023年2月四、动量方程式推导过程，大致同液体动量方程推导使用该方程求解作用力，只需已知所取的俩控制面上流动参数，无需知道俩控制面之间的实际过程第9页，课件共19页，创作于2023年2月第二节滞止参数、音速、马赫数本节主要了解可压缩气流几个参数的概念和计算。以便进行一维定常管流的分析一、滞止参数（滞止温度T0、滞止压强p0、滞止密度ρ0）定压比热，常数第10页，课件共19页，创作于2023年2月二、音速在水击中，压强、速度和密度的传播是以压力扰动波的速度来进行的。实质是音速在水管中的传播速度。可压缩气体流动时，各参数的变化也是以压力扰动波的形式进行传播。这就是声音的传递的过程第11页，课件共19页，创作于2023年2月1、声速：微小扰动在介质中的传播速度称为声速

如图所示，在充满静止空气的刚性光滑的长直管道内，有一面积为A的活塞以微小的匀速向右运动，即给管道中的气体一个微弱扰动，扰动波以声速c向右传播。因为c＞＞du，扰动波锋面会迅速超过活塞端面。由于锋前气体处于静止状态，u=0，其状态参数为p、

、T，而波后气体处于受扰动状态，并在活塞推动下产生了一个随活塞一起缓慢运动的速度变化du其状态参数亦有微小变化，分别变为p+dp，T+dT，

+d

。第12页，课件共19页，创作于2023年2月计算推导过程略绝热过程音速关系式：空气中，空气温度15摄氏度时，音速为340m/s第13页，课件共19页，创作于2023年2月滞止介质音速（略讲）绝热无摩擦气流中：同一气流中的音速小于滞止音速。c<c0第14页，课件共19页，创作于2023年2月马赫数气体的流速与声速之比，称为马赫数：其大小可以用来衡量气体可压缩性的大小：M<=0.4，可以认为是不可压缩流体M>0.4，密度在流动过程中变化显著，必须考虑其压缩性第15页，课件共19页，创作于2023年2月第三节气体流动的计算一、气流速度与断面关系：亚音速流动：若Ma<1，即气流速度小于声速的流动。与不可压缩流体规律基本一致临界流动：若Ma=1，气流速度等于声速的流动。临界断面是最小断面，此断面上的参数称为临界参数。超音速流动：若Ma>1，即气流速度大于音速的流动。速度会随断面的增加而增加。即临界断面后，断面需要渐扩的，才能产生超音速气流。这与液体流动规律相反。第16页，课件共19页，创作于2023年2月拉伐尔喷管连续性方程：第17页，课件共19页，创作于2023年2月马

赫

盘

飞行器超音速飞行时，尾喷流产生激波引起的，形成连续的膨胀波、压缩波系。圆环也叫做马赫盘。在Ma=0.9时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波。飞行器飞行时，由于为了超音速飞行尾喷管采用了拉法尔喷管从两侧的壁面流出的气流在外界发生了折转，并被多次折射交叉的地方形成马赫盘。马赫环（又称马赫盘），这是由于气体在出口继续膨胀，然后受背压环境的压缩而产生的基波发光造成的（基波发光的原理与化