氣體動力學

目錄前言第1章 緒論 1 1.1 氣體動力學研究范疇 1 1.2 氣體動力學發(fā)展史 1 1.2.1 航海時代與水動力學(—1870) 2 1.2.2 低速航空時代與氣體動力學的奠基(1870—1935) 2 1.2.3 高速航空時代與氣體動力學的大發(fā)展(1935—1950) 6 1.2.4 高超聲速航天時代與氣動熱力學和氣動熱化學的大發(fā)展(1950—今) 9 1.3 氣體動力學研究方法 15 1.4 本書結(jié)構(gòu) 19 參考文獻 19 第2章 基本概念 20 2.1 氣體可壓縮性 20 2.2 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) 21 2.3 熱完全氣體與真實氣體 22 2.4 氣體熱力學基本定律與基本方程 23 2.4.1 熱力學狀態(tài)與過程 23 2.4.2 熱力學勢函數(shù) 25 2.4.3 熱力學第一定律 27 2.4.4 熱力學第二定律 28 2.4.5 熱力學基本方程 29 2.5 熱完全氣體的熱力學特性 30 2.5.1 熱完全氣體的量熱狀態(tài)方程 30 2.5.2 熱完全氣體的等熵關(guān)系式 34 2.6 聲速與馬赫數(shù) 35 2.6.1 聲速 35 2.6.2 馬赫數(shù) 37 2.6.3 小擾動傳播特性 38復習思考題 40 第3章 基本方程組 42 3.1 引言 42 3.2 氣體運動的兩種描述觀點(方法) 46 3.2.1 拉格朗日描述觀點(方法) 46 3.2.2 歐拉描述觀點(方法) 46 3.2.3 物理量的物質(zhì)導數(shù)的變換關(guān)系(微分形式) 47 3.2.4 有限質(zhì)量系統(tǒng)積分形式的物質(zhì)導數(shù) 48 3.3 氣體動力學基本方程組 51 3.3.1 連續(xù)性方程——質(zhì)量守恒方程 51 3.3.2 理想氣體的動力學方程 52 3.3.3 理想氣體的能量方程 55 3.3.4 理想氣體動力學基本方程組匯總 57 復習思考題 59 第4章 一維定常流動 61 4.1 引言 61 4.2 絕熱流與等熵流的基本關(guān)系 62 4.2.1 一維絕熱流動能量方程及其特征常數(shù) 62 4.2.2 無量綱速度 65 4.2.3 沿流線的絕熱流和等熵流關(guān)系式 65 4.3 廣義一維定常流動的基本方程組 67 4.3.1 制約因素與控制方程 67 4.3.2 基本方程組 72 4.3.3 流動特性參數(shù)的微分關(guān)系式 73 4.4 變截面等熵流動 74 4.5 定常正激波 83 4.5.1 定常正激波的形成 83 4.5.2 定常正激波的基本關(guān)系式 85 4.5.3 定常正激波關(guān)系的應用 91 4.5.4 拉瓦爾噴管的流動特征 93 4.6 等截面絕熱摩擦管流 99 4.6.1 等截面絕熱摩擦管流控制方程 99 4.6.2 等截面絕熱摩擦管流參數(shù)計算 101 4.6.3 等截面絕熱摩擦管流的最大管長和摩擦壅塞 1044.7 等截面加熱管流 106 4.7.1 等截面加熱管流的基本控制方程 106 4.7.2 等截面加熱管流的參數(shù)計算 108 4.7.3 等截面加熱管流的壅塞 111 4.8 簡單添質(zhì)管流 112 復習思考題 115 第5章 膨脹波與斜激波 121 5.1 膨脹波 121 5.1.1 P-M膨脹波流動特征與基本關(guān)系 121 5.1.2 P-M膨脹波流動幾何解法 122 5.2 斜激波 124 5.2.1 激波的由來 124 5.2.2 斜激波的工程實例 125 5.2.3 斜激波與正激波的關(guān)系 126 5.2.4 斜激波基本關(guān)系式 128 5.2.5 激波極線 133 5.2.6 斜激波的熵增與總壓損失 136 5.3 激波反射與相互作用138 5.3.1 激波反射問題 138 5.3.2 定常流動中激波反射結(jié)構(gòu)的分類與轉(zhuǎn)捩準則 140 5.3.3 激波馬赫反射結(jié)構(gòu) 143 5.3.4 非對稱激波反射 144 5.3.5 激波反射轉(zhuǎn)捩的遲滯現(xiàn)象 150 5.3.6 三維激波反射現(xiàn)象 153 復習思考題 156 參考文獻 161 第6章 一維非定常流動 165 6.1 特征線理論、控制方程及其相容關(guān)系 165 6.1.1 特征線理論簡介 165 6.1.2 一維非定常流動特征線方程及其相容關(guān)系 168 6.2 一維非定常均熵流動170 6.2.1 一維非定常均熵流動特征線及其相容關(guān)系 170 6.2.2 簡單波 173 6.3 間斷流動 174 6.3.1 一維運動激波 1746.3.2 一維運動激波的反射 178 6.4 激波管/風洞原理 180 復習思考題 193 參考文獻 196 第7章 高超聲速氣體流動 197 7.1 引言 197 7.2 高超聲速流動特征 200 7.2.1 薄激波層 200 7.2.2 熵層 201 7.2.3 黏性干擾 202 7.2.4 高溫效應 203 7.2.5 低密度效應 207 7.3 高超聲速流動中的斜激波與膨脹波 208 7.4 高超聲速無黏流動的簡化求解方法：局部物面傾角法 211 7.4.1 牛頓方法 211 7.4.2 切楔法與切錐法 217 7.5 高超聲速無黏流動的近似求解方法 218 7.5.1 高超聲速無黏流動控制方程 218 7.5.2 馬赫數(shù)無關(guān)原理 219 7.5.3 高超聲速小擾動方程 222 7.5.4 高超聲速細長體流動相似律 226 7.5.5 高超聲速細長體流動的近似求解 229 7.5.6 高超聲速流動等效原理 231 7.5.7 高超聲速流動爆炸波理論 235 7.5.8 高超聲速流動薄激波層理論 240 7.6 高超聲速黏性流動 244 7.6.1 黏性流動控制方程與相似參數(shù) 244 7.6.2 高超聲速邊界層流動控制方程 247 7.6.3 高超聲速邊界層流動自相似解 250 參考文獻 261 第8章 高溫熱化學反應氣體流動 263 8.1 引言 263 8.2 氣體熱化學 263 8.3 化學反應動力學 267 8.3.1 化學反應質(zhì)量作用定律 2678.3.2 化學反應速率常數(shù)理論 269 8.3.3 鏈式反應機制 271 8.4 化學反應氣體流動實例與數(shù)值模擬方法——氣相爆轟 273 8.4.1 氣相爆轟氣體動力學基礎(chǔ)理論 274 8.4.2 氣相爆轟熱化學過程的數(shù)學模型 278 8.4.3 氣相爆轟基元反應控制方程與數(shù)值算法 280 8.4.4 氣相爆轟數(shù)值模擬與分析案例 285 參考文獻 290 第9章 氣體動力學實驗 292 9.1 引言 292 9.2 風洞及其發(fā)展簡史 292 9.2.1 風洞的誕生 293 9.2.2 亞聲速風洞 295 9.2.3 跨聲速風洞 296 9.2.4 超聲速風洞 298 9.2.5 高超聲速風洞 300 9.2.6 世界主要風洞群 301 9.3 風洞結(jié)構(gòu)及其空氣動力學 302 9.4 氣動實驗與測量 308 9.4.1 壓力測量 308 9.4.2 溫度與熱流測量 311 9.4.3 速度測量 316 9.4.4 氣動力測量 317 9.4.5 流場顯示 319 9.4.6 高超聲速氣動試驗案例 321 9.5 大型高超聲速激波風洞研究進展 325 9.5.1 概述 325 9.5.2 高焓流動設(shè)備研制進展 327 9.5.3 高焓流動測量與診斷技術(shù) 346 9.5.4 展望 352 參考文獻 353 附錄 358 附錄1 一維等熵流動參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 358 附錄2 正激波氣流參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 365 附錄3 斜激波氣流參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 370附錄4 二維超聲速等熵流動參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 387 附錄5 等截面絕熱摩擦管流參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 389 附錄6 等截面無摩擦加熱管流參數(shù)表(量熱完全氣體，γ=1.4) 391 附錄7 大氣參數(shù)表 393