《飞机空气动力学》PPT课件

7.1 热力学基础
4、热力学过程
（1）可逆与不可逆过程 在热力学中，如果将变化过程一步一步倒回去，物系的一切热
力学参数都回到初始状态，且外界状态也都复旧，这样的过程则 是可逆过程，否则是不可逆过程。（如高温向低温传热，机械功 通过摩擦生热都是不可逆过程）可逆过程也称为准静态过程，或 连续的平衡态过程。 （2）绝热过程
热力学第一定律
– 流动物系的能量守恒定律:(绝热过程:dq=0)
dq du pd ( 1 ) 1 dp VdV dq dh VdV
rr
与静止物系的能量方程相比，流动物系的能量方程多了两项， 其中一项是 表示流体微团在体积不变的情况下，由于压强 变化引起的功（流体质点克服压差所做的功）； 另一项是流体微团的宏观动能变化量。即：
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程 4）绝热过程在热力学变化过程中，与外界完全没有热量交换。 由能量方程得到：
在由理想气体的状态方程，有：
内能的变化为：
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
比热容:物系的温度每升高1℃所需的热量. 气体在定容变化的过程中,体积不变,1/ρ=常数.
这是静止物系的热力学第一定律。其中，dV表示物系的体积 变量，p表示物系的压强。如果用物系的质量去除上式，就 变成单位质量的能量方程。
单位质量流体的能量方程：
其中，密度的倒数是单位质量的体积。表示外界传给单位质 量流体的热量dq等于单位质量流体内能的增量与压强所做的 单位质量流体的膨胀功。
7.1 热力学基础
飞机空气动力学
授课人:飞行器工程学院 史卫成
飞机空气动力学
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.2 声速和马赫数
7.3 高速一维定常流 7.4 微弱扰动的传播区,马赫锥
7.5 膨胀波
7.6 激波7.7Fra bibliotek可压流边界层 7.8 激波与边界层的干扰
·重点：激波 ·难点：膨胀波
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
1、状态方程与完全气体假设
热力学指出：任何气体的压强、密度、绝对温度不是独立的， 三者之间存在一定的关系。
函数称为状态方程。该方程的具体表达形式与介质种类、 温度、压强的不同有关。
一个物系的压强、密度、温度都是点的函数，彼此之间存在 一定的函数关系，但和变化过程无关，代表一个热力学状态。 p,T,r,u，h代表热力学状态参数，两个热力学参数可以确定 一个热力状态，如果取自变量为T,r，其它状态变量关系为:
1 热力学体系:用热力学去处理的客体是和周围环境的 其他物体划分开的一个任意形态的物理体系(物系).
这个体系的尺寸是宏观的.
2 物系与外界关系: ① 隔热体系:无物质交换,无能量交换; ② 封闭体系:无物质交换,有能量交换; ③ 开放体系:有物质交换,有能量交换.
高速流中遇到的情况，绝大多数属于隔绝体系和封闭体系。
由于 表示单位质量流体所具有的压能，故焓h表示单位质量 流体所具有的内能和压能之和。
焓的微分: dh du pd( 1 ) 1 dp
rr
表示气体焓的增量等于内能增量、气体膨胀功与压强差所做 的功之和。
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
3、热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学上的具体应用。其 物理意义是：外界传给一个封闭物质系统的热量等于该封闭 系统内能的增量与系统对外界所做机械功之和。对于一个微 小变化过程，有
高速飞行的特点
❖ 低速、亚音速和超音速流动的区别 ❖ 激波阻力（波阻） ❖ 声障（音障）
7.1 热力学基础知识
7.1.1 热力学的物系 7.1.2 热力学第一定律：内能和焓 7.1.3 热力学第二定律：熵 7.1.4 气体的状态方程，完全气体和真实气体
第7章 高速可压流动基础
7.1.1 热力学的物系
与外界完全没有热量交换，即dq=0，称为绝热过程。 （3）等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
在热力学中，内能u是状态的函数，而q不是状态函数。 因为其中的压力膨胀功不仅决定于过程的起点和终点，与变化过 程有关。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
1）等容过程
如果在变化过程中，单位质量气体的容积保持不变的过程称为 等容过程。此时气体的膨胀功为零。
定容过程的比定容热容cv:
cv
dq dT
du dT
, cv
(
u T
)
r
内能的改变量为:du=cvdT 气体作等压变化时,p=常数,dp=0:
dq dh
h
cv
dT
dT
, cv
( T
)r
焓的变化量:
dh cpdT
7.1 热力学基础
7.1.3 热力学第二定律，熵
通过引入熵状态参数，在不可逆过程中的变化来描述热力学 第二定律。熵是一个热能可利用部分的指标。其定义如下：
外界加入的热量全部用来增加介质的内能，即：
比热定义：单位质量介质温度每升高一度所需要的热量。 比热（比热容）数值的大小与具体热力学过程有关。
在等容过程中，比热称为等容比热， 用Cv表示。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
2）等压过程
如果在变化过程中，气体的压强保持不变的过程称为等压过程。 此时气体的膨胀功不等于零。外界加入的热量一部分用来增加介 质的内能，另一部分用于气体的膨胀功。 在等压过程中，单位质量介质的温度每升高一度，所需要的热量， 称为定压比热，用Cp表示：
定压比热与定容比热的比值，称为气体的比热比。即：
在空气动力学中，在温度小于300C，压强 不高的情况下，一般Cp，Cv，g等于常数。
对于水
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
3）等温过程
在变化过程中，气体的温度保持不变的过程称为等温过程。 在等温过程中，内能不变，热量与膨胀功相等。 单位质量气体所做的功为
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
2、内能、焓
气体内能是指分子微观热运动（与温度有关）所包含的动能与 分子之间存在作用力而形成分子相互作用的内部位能之和。 对于完全气体而言，分子之间无作用力，单位质量气体的内 能u仅仅是温度的函数。 在热力学中，常常引入另外一个代表热含量的参数h（焓）：