气体力学基础
1.1 气体力学基础
原料进料F
精 馏 塔
塔底产品W
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②稳定流动系统的能量守恒
对于稳定流动系统，单位时间内输入系统的 能量应等于输出系统的能量，即能量守恒。
反证法：若输入系统的能量不等于输出系统的能 量，则在系统中指定的某一截面上、直接反映流 体能量状态的物理参数（如速度、温度、压强等） 就不可能均为常数，也即系统不是稳定系统。 能量衡算与物料衡算相类似，也需要规定衡 算基准和衡算范围。通常用单位时间为基准（如 J/s），也可用单位质量为基准（J/kg）。
（2）连续介质假设给分析问题带来的方便
①不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力
作用下的宏观机械运动。 ②能运用数学分析的连续函数工具。
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1.6 稳定与不稳定的概念
（1）稳定流动系统与不稳定流动系统
系 统——研究的对象。 流动系统——系统中的流体处于流动状态 时称为流动系统。
i 1 i j 1
n
m
j
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1.7 可压缩气体与不可压缩气体
不可压缩气体——气体在流动过程中，气 体的密度不随压强的变化而变化，这样的 气体称为不可压缩气体。 可压缩气体——气体在流动过程中，气体 的密度随压强的变化而变化，这样的气体 称为可压缩气体。
（C）紊流：质点间相互碰撞相互混杂，运动轨迹错综复杂
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气体动力学基础PPT课件
气体动力学基础_1
23
第二章 一维定常流的基本方程
§2.1 应知的流体力学基本概念
• 无限多个连续分布的流体微团 组成的连续介质的假设（
Euler明确，1752）。而非分子论。适用于l/L<1/100，例
如100公里以下的大气与飞行器
• 一维定常流 1-D Steady flow，流线 Streamline，
3
第一章 绪论
§1.1 气体动力学的涵义
气体动力学是
➢ 流体力学的一个分支，在连续介质假设下，研
究与热力学现象有关的气体的运动规律及其与
相对运动物体之间的相互作用。
➢ 气体在低速流动时属不可压缩流动，其热力状
态的变化可以不考虑；但在高速流动时，气体
的压缩效应不能忽略，其热力状态也发生明显
的变化，气体运动既要满足流体力学的定律，
学科名 Discipline 流体力学 Fluid Dynamics 空气动力学 Aerodynamics 气体动力学 Gas Dynamics
主要研究范围 Primary Scope
不可压缩流体动力学 Incompressible Fluid Flow
不可压缩＋可压缩流体动力学 Incom-＋Com-pressibleLeabharlann 解析解，螺旋桨理论，飞机设计
1904-20年代，普朗特Prandtl（德）的普朗特－迈耶流动理论，（超音
速膨胀波和弱压缩波），风洞技术，边界层理论，机翼举力线、举
力面理论，湍流理论，接合理论流体与实验流体，奠定了现代流体
力学气体动力学研究的基础
1910年瑞利和泰勒研究得出了激波的不可逆性
1933年泰勒和马科尔提出了圆锥激波的数值解
气体动力学基础_1
基础知识气体动力学
2 可逆过程与不可逆过程
热力学基本概念与基础知识
热力学系统从一个平衡状态出发，经过一系列中间状态而变化到另一个平衡状态，它所经历的全部状态的综合称为热力过程，简称过程。 如果在过程中系统所经历的一系列状态都无限接近于平衡状态，则这种过程称为“准平衡过程”或“准静态过程”－它是一种无限缓慢的过程。 当系统完成某一过程后，如果令过程逆向进行而能使过程中所涉及的一切（系统及外界）都回复到初始状态，不留下任何变化，则此过程称为可逆过程，反之即为不可逆过程。 可逆过程是消除一切不可逆因素、具有可逆性的过程，必须满足 它是准平衡过程； 过程中不存在耗散效应。 →可逆过程是没有耗散损失的准平衡过程。
热力学中规定，系统吸热时热量为正，系统放热时热量为负。
热量既然是在传递中出现的能量，其数值就必然与传递过程有关。所以，热量也是一个过程量，而不是状态参数，其数值由系统状态和过程性质决定。
热量和功虽然同为过程量，都是系统和外界间通过边界传递的能量，但两者有着本质的差别：热量是通过紊乱的分子热运动发生相互作用而传递的能量，功则是物体间通过有规则的微观运动或宏观运动发生相互作用而传递的能量。
序 言
根据分子运动论，分子总是在不断进行无规则的热运动，不同流动区域的分子所携带的能量、动量和质量是不同的。
分子可以在不同流动区域之间运动。当某分子从一个区域运动到另一个区域时，同时也就将其能量、动量和质量携带到了该区域，这种迁移特性称为流体的输运性质。
流体的输运性质主要包括：黏性、导热性、质量扩散等，本课程只介绍前两个。
热力学基本概念与基础知识
1平衡状态、状态参数与简单热力学系统
系统的热力学状态：热力学系统在某一瞬时所呈现的宏观物理状况。热力学状态用能够测量的一些物理量来描述，这样的物理量称为状态参数。 对气体组成的系统，最基本的状态参数有3个：温度、压强、密度。 根据定义，状态参数的数值仅取决于系统所处的热力学状态本身，而与系统达到该状态所经历的途径或过程无关。 在没有外界影响的条件下，如果系统的宏观状态不随时间而改变，则系统所处的这种状态称为热力学平衡状态，简称状态。平衡状态是一个理想概念，此时，系统内必然是热平衡、力平衡、化学平衡。 实验和理论均证明，对于由气体组成的系统，其平衡状态只需要两个独立的状态参数来描述，只要确定两个独立状态参数的数值，其余的状态参数就随之确定，系统的状态即可确定。这种只需要两个独立状态参数描述的热力学系统称为简单热力学系统。 对气体组成的简单热力学系统，3个基本状态参数的关系可表示成 称为状态方程。
气体动力学基础
（1）滞止焓h0
h —— 静焓； h0 —— 总焓
（2）滞止温度T0 据h0 = cpT0，而cp= 常数，故
h0 T0 cp
1 2 h0 h v 常数 2
为常数
2
v —— 动温 T0 —— 称为总温；T —— 静温； 2c p 运动物体表面温度升高，即使无摩擦也会升高。
22
（3）滞止音速c0
vmax
2 2h0 kRT0 k 1
T=0
c kRT
c＝0
实际上不可能达到极限参数，但可作为 参考值
24
3 临界状态和临界参数
v c 气流速度由小变到大和当地 音速由大（滞止温度时当地 音速最大）变到小的过程中， 气流速度恰好等于当地音速 时的参数称为临界参数，有 Ma＝1。该状态称为临界状 极限 crit 滞止 态。以下标crit表示。
k
——称为绝热指数（比热容比），对于双 原子分子，如空气，k=1.4 cv R = cp－cv ——称为气体常数。 对于空气，R=287 J/kg.K R kR cV cp 4 k 1 k 1
cp
二熵
定义： dS
q
q
T 为微小过程单位质量气体吸收的热量。
理想气体状态方程：
对于任意s轴上的一微元ds —— 任一方向
dvs 1 p fs dt s
dvs vs vs ds vs vs vs dt t s dt t s
对于一维定常流动，有
p d p s d s
vs dvs s ds
vs 0 t
14
dvs 1 p fs dt s
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第三节 激波
弱扰动的传播速度——音速 强扰动的传播速度——大于音速 一 激波的概念和类型 1 激波：超音速气流在流过障碍物或受到突然压 缩时出现的特殊的物理现象，是一种强烈的压缩 波，又称冲击波。 注：亚音速气流不会出现激波。激波以比音速大 得多的速度传播。 激波的厚度：与气体分子的平均自由程是同一数 量级，约为10－4～10－5mm
气体动力学基础答案
气体动力学基础答案1. 什么是气体动力学？气体动力学是研究气体在力的作用下及热力学条件下的运动规律和性质的学科。
它主要研究气体的物理性质、状态方程以及气体的运动、扩散和传热等过程。
2. 描述气体的状态有哪些基本参数？气体的状态可以由以下几个基本参数来描述：•压力（P）：指气体分子对容器壁的撞击给容器壁单位面积上的力，通常以帕斯卡（Pascal）表示。
•体积（V）：指气体所占据的空间大小，通常以立方米（m³）表示。
•温度（T）：指气体的热度，通常以开尔文（Kelvin）表示。
•物质量（n）：指气体中的物质量，通常以摩尔（mol）表示。
这些参数可以通过状态方程来描述气体的状态，常见的状态方程有理想气体状态方程（PV=nRT）和范德瓦尔斯状态方程。
3. 什么是理想气体状态方程？理想气体状态方程是描述理想气体状态的数学公式，由理想气体定律得到。
理想气体状态方程可以表示为PV=nRT，其中P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量（摩尔数），R表示气体常量，T表示气体的温度（开尔文）。
理想气体状态方程可以用于描述气体的状态和变化，例如计算气体的压力、体积和温度的关系以及计算气体的摩尔数等。
4. 理想气体状态方程适用的条件有哪些？理想气体状态方程适用于以下条件下的气体：•气体分子之间不存在相互作用力；•气体分子之间的体积可以忽略；•气体分子之间的碰撞是完全弹性碰撞；•气体分子之间的相互作用不会受到温度的影响。
在实际情况下，很多气体都可以近似看作是理想气体，特别是在低密度、高温度的条件下。
但在高密度、低温度的情况下，气体分子之间的相互作用力会变得更加显著，此时理想气体状态方程将不再适用，需使用修正的状态方程进行计算。
5. 范德瓦尔斯状态方程是什么？范德瓦尔斯状态方程是对理想气体状态方程的修正，考虑了气体分子之间的相互作用力和气体分子的体积。
范德瓦尔斯状态方程可以表示为： \[ (P + \frac{an2}{V2})(V - nb) = nRT \] 其中P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量（摩尔数），R表示气体常量，T表示气体的温度（开尔文），a和b是范德瓦尔斯常量。
2 气体动力学基础
稳定流动的连续性方程
A1、A2、u1、u2、ρ1、ρ2 分别为断面1和 的面积 的面积、 分别为断面 和2的面积、 平均流速和密度。 平均流速和密度。
表达式
ΣMλ=ΣM出 A1u1ρ1=A2u2ρ2=Auρ
ρ 对不可压缩气体， 对不可压缩气体， 为常数
A1u1 = A2u2 = Au
截面为圆形的管道
压头损失
位压头
静压头
动压头
空气的密度和压力； ρa、pa——空气的密度和压力；ρ、p——热气体的密度和压力 空气的密度和压力 热气体的密度和压力
有能量输入或输出时
1 2 1 2 z1 ρg + p1 + ρu1 ± H e = z 2 ρg + p2 + ρu 2 + hl 2 2
输入或输出的能量
16
7
【例】某硅酸盐窑炉煅烧后产生的烟气量为 万m3/h，该处 例 某硅酸盐窑炉煅烧后产生的烟气量为 某硅酸盐窑炉煅烧后产生的烟气量为10万 ， 压强为负100Pa，气温为800℃,经冷却后进入排风机，这时的 ，气温为 经冷却后进入排风机， 压强为负 ℃ 经冷却后进入排风机 风压为负1000Pa，气温为200℃，求这时的排风量（不计漏 ，气温为 风压为负 ℃ 求这时的排风量（ 风等影响）。 风等影响）。 【解】 P1=101325-100=101225Pa 解 T1=273+800=1073K
一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知： 【例】 一硅酸盐工业窑炉的供风系统，已知：吸风管内径为 300mm，排风管内径为400mm，吸风管处气体静压强为负10500Pa， ，排风管内径为 ，吸风管处气体静压强为负 ， 排风管气体静压强为150Pa，设1-1和2-2截面的压头损失为 ， 截面的压头损失为50Pa。使 排风管气体静压强为 和 截面的压头损失为 。 温度10℃ 风量为 的气体通过整个系统， 温度 ℃，风量为9200m3 /h的气体通过整个系统，试确定需要外界输 的气体通过整个系统 入多少机械能 。
气体力学解析ppt课件
25
当炉气为热状态时，
，此时系
统内炉气不可能保持平衡，必将从燃烧室被抽向
烟囱底部。上式中的
恰为水平面Π上的炉
气所具有的位压头。
由此可见，烟囱的作用就在于烟囱所造成的
位压头。它使炉气具有上浮能力，在烟囱底部形
成相对负的静压头。烟囱越高，炉气与空气的温
差越大，即
值越大，则烟囱的抽力也越大。
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因ρg＜ρa，故Pg分布直线比Pa陡，且两直线 相交于一点O，在O点，炉气的压力能和空气的压 力能相等，即炉气的静压头为零。
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容器在该点处的水平截面，称为相对零压面， 或简称零压面。在零压面，若压力能为P0，则有 Pg=Pa=P0或Pg-Pa =0。若容器在该处开一小孔，则 不会产生溢气和吸气现象。
则
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气体随温度升高而膨胀。根据气体方程，其在某一温度 下的体积Vt与标准状态的体积V0之间存在如下关系
式中：β——气体膨胀系数，β=1/273 (1/℃)。℃ 由式(2—14)可以推出某一温度下气体的体积流量
(qvt)、流速(νt)和密度（ρt）等与标准状态下的体积流量 (qv0)、流速(ν0 )和密度(ρ0)间存在如下相应关系：
炉气的静压头沿炉膛高度的分布情况，可利用 静止气体基本方程式推出。
12
图2-6为一充满炉气的容器，设炉气密度为ρg， 压力能为Pg，容器外是密度为ρa的冷空气，其压 力能为Pa。根据静止气体压力分布规律可知，Pg 和 Pa 的 分 布 是 两 条 不 同 斜 率 的 直 线 ， Pg 斜 率 为 ρgg，Pa的斜率为-ρag。
dz
为
7
将 dm dfdz代入上式并消去df，得 dP gdz
若ρ为常数，则将上式积分得
气体力学-1-流体力学基本定律
－ － －
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义 三、气体所受的浮力
在液体计算中，极少考虑大气浮力的影响，而对于 窑炉中所存在的热气体进行计算时，这种忽略将会造成 严重的错误。
动压头的损失则可由其它压头来补充因此它们之间的转换可概括为hs6两气体柏努利方程式c压头转换例题如图所示倒焰窑高32m窑内烟气温度为1200c烟气标态密度外界空气温度为20c空气标态密度面的静压头为0pa一17pa一30pa时不计流体流动阻力损失求在三种情况下窑顶以下空间静压头几何压头分布情况
第二章 气体力学
测定压力
（b）
图 绝对压力、表压和真空度的关系 （a）测定压力>大气压（b）测定压力<大气压
静压强的概念：
1、流体处于静止状态时，质点间无相对运动，故不存在粘滞力，但存 在压力和重力作用，流体静止时产生的压力称为静压力。
如果在一个盛满水的水箱侧壁上开一个孔口，水立即会从孔口喷射 出来。这个现象说明静止的流体中有压力，这个压力是流体的静压力。
功能力。
第二章 气体力学
2.1 气体力学基本定义
四、气体力学基本定律 2、气体的位能、位压能、位压头
位能：将一物体垂直向上移动某一高度后，这一物体就具有了位能。 位能=V气γ气Z （公斤米, J）
位压能:单位体积(1米3)的气体具有的位能。 位压能=气体位能/气体体积= V气γ气Z / V气= Z γ气 =ρ气gZ
2.1 气体力学基本定义 一、气体的主要特征 1、理想气体的状态方程
PV=nRT=(m/M ) RT （2—1） 式中：P—气体的压强，N/m2；
空气动力学基础原理与应用
空气动力学基础原理与应用空气动力学是研究空气流动对物体运动和空间结构影响的学科，它是现代工程学和航空航天工程的重要组成部分。
在工程和技术应用中，空气动力学被用于设计和优化飞行器、汽车、摩托车、建筑物、桥梁等结构。
本文将介绍空气动力学的基础原理和应用。
一、气体动力学基础气体动力学是空气动力学的基础，研究气体的流动和力学特性。
气体的动力学性质包括压力、密度、速度和温度等参数，这些参数随着空气流动而发生变化。
气体的流动可以分为层流和湍流两种状态。
在层流状态下，气体流动沿着一条直线或曲线运动，并具有稳定和预测性。
在湍流状态下，气体流动呈现为混沌状态，具有不可预测性和不规则性。
二、空气动力学的基本原理空气动力学的基本原理包括如下几个方面：1、伯努利定理伯努利定理是空气动力学的核心原理之一，它描述了气体在不同速度下的压力变化规律。
伯努利定理认为，在气体流动过程中，流速越大，压力越低，反之亦然。
在翼型表面上，气流在表面上方流动的速度比表面下方流动的速度快，因此表面上方的压力低于表面下方的压力。
这种压力差产生的升力是翼型飞行的基础。
2、牛顿定律牛顿定律是描述力学系统的基本原理之一。
在空气动力学中，牛顿定律用于分析物体在气流中运动的动力学行为。
牛顿第一定律认为，除非受到外力的作用，物体将保持匀速直线运动或静止状态。
牛顿第二定律则描述了物体在受到外力作用下的加速度。
在空气动力学中，牛顿定律用于分析物体在气流中所受的阻力和升力。
3、概率论及分布函数在空气动力学中，概率论和分布函数应用十分广泛。
概率论和统计学方法被用于研究气体流动的随机过程和不确定性。
分布函数则用于描述气体动力学参数的变化情况，如速度、压力、密度等参数的空间和时间分布情况。
三、空气动力学的应用空气动力学的应用范围十分广泛，包括下列几个方面：1、航空航天工业航空航天工业是空气动力学的主要应用领域之一。
在飞行器设计和优化中，空气动力学可以帮助设计师选择和优化翼型和飞行速度等参数，以达到最佳的升阻比和燃料效率。
第一章-气体力学基础
Pa s m2 / s
温度升高，分子热运动加剧 ，动量交换增 多 ，粘度增大。
压力变化对气体分子热运动影响不大。
理想流体：流体无粘性、完全不可压缩，运 动时无抵抗剪切变形的能力。（简化）
实际流体：流体具有粘性，运动时有抵抗剪 切变形的能力。
流体按变形特点又分为牛顿流体和非牛顿流 体。
牛顿流体: 内摩擦力与速度梯度成直线关系 非牛顿流体: 内摩擦力与速度梯度成 非直线关系
可压缩流体/不可压缩流体
所以，通常把气体看成是可压缩流体，即 它的密度不能作为常数，而是随压强和温 度的变化而变化的。我们把密度随温度和 压强变化的流体称为可压缩流体。 当气体在压强和温度的变化都很小时，其 密度变化很小，可以将密度视为定值，可 作为不可压缩流体处理。 这是一种简化处理的方式
③黏性
pV
nR0T
m M
R0T
R0 —通用气体常数，8.314J·mol-1·K-1 实践证明，气体在通常的条件下，一般都 遵循状态方程的规律
气体的密度与温度、压力的关系
液体：工程上液体密度看作与温度、压力无关。
气体：密度与温度和压力有关。
理想气体： PV P0V0 P P0
T
T0
T T0 0
0
1.3 气体静力学基本方程
作用在气体上的力
①质量力：作用在流体内每一个质点上的力， 它的大小与流体的质量成正比。（重力）。
②表面力：作用在被研究流体表面上的力， 它的大小与流体的表面积成正比。
表面力可分为切向力（内摩擦力）与法向力 （压强产生的总压力）。
对于静止流体或没有粘性的理想流体，切向 表面力为零，只有法向表面力。
1.1 研究对象与研究方法
流体：液体和气体的总称。是一类受任何微 小拉力或剪力作用下都能发生变形的物体。
气体动力学基础
气体动力学基础气体动力学是研究气体的运动规律以及与能量、力学和热学等的关系的学科。
它是物理学的一个重要分支，具有广泛的应用领域，涵盖了气象学、空气动力学、燃烧学等多个领域。
本文将介绍气体的基本概念、物理性质和运动规律。
一、气体的基本概念气体是物态的一种，具有以下特性：1.分子间间距较大，相互之间几乎没有相互作用力。
2.分子间的运动是随机的，具有高度的自由度。
3.气体的体积能够随环境条件的变化而变化。
二、气体的物理性质气体的物理性质包括压力、温度和体积。
下面将逐一进行介绍。
1. 压力压力是单位面积上施加的力的大小。
根据理想气体状态方程可以得知，气体的压力与温度、体积、分子数之间存在一定的关系。
2. 温度温度是气体分子热运动的一种度量，通常使用开尔文温标来进行表示。
根据理想气体状态方程，温度与气体的压力、体积、分子数之间存在一定的关系。
3. 体积气体的体积是指气体所占据的空间。
根据理想气体状态方程，气体的体积与压力、温度、分子数之间存在一定的关系。
三、气体的运动规律气体的运动规律主要包括玻意耳-马略特定律、查理定律和盖-吕萨克定律。
1. 玻意耳-马略特定律玻意耳-马略特定律也称为定容气体定律，它表明，在恒定体积下，气体的压力与温度成正比。
即P/T=常数。
2. 查理定律查理定律也称为定压气体定律，它表明，在恒定压力下，气体的体积与温度成正比。
即V/T=常数。
3. 盖-吕萨克定律盖-吕萨克定律也称为理想气体状态方程，它表明，在恒定的摩尔数下，气体的压力、体积和温度之间存在一定的关系。
即P*V/T=常数。
四、气体动力学的应用气体动力学具有广泛的应用领域，以下是几个应用领域的简要介绍。
1. 气象学气象学研究大气的运动规律以及与气候、天气等的关系。
气体动力学为气象学提供了重要的理论基础，可以用来解释大气循环、风、气压等现象。
2. 空气动力学空气动力学研究物体在气流中运动时的力学规律，对于飞机、汽车等交通工具的设计和性能研究具有重要意义。
第九章气体动力学基础
第九章气体动力学基础第九章气体动力学基础一、微弱扰动在气流中的传播1、音速和马赫数音速是微弱扰动在流场中的传播速度。
微弱扰动通常是流场中某个位置上的压强产生了微小的变化。
在不可压缩流动中，任何扰动总是立即传播到整个流场，但是在可压缩流里，不是在任何情况下都能传播到整个流场，微弱扰动在流场中是按一定的速度传播的，这个速度就是音速。
一个直圆管，里面充满了压强为p、密度为ρ、温度为T的静止气体。
活塞以dv速度运动，将压缩(或膨胀)最相邻的气体层，致使那层气体的压强升高(或降低)、温度升高(或降低)。
这层气体又去压缩另外的气体层。
这样将在管道内形成微弱扰动的压缩波(或膨胀波)，波面的传播速度假设为c，气体本身也将随活塞一起运动，其运动速度将和活塞的运动速度一致，是dv。
请注意，压缩（或膨胀）波的波面速度与活塞(因而是气体)的运动速度不一致的！现在来推导音速公式。
由于微弱扰动在管道里的传播是一个非定常运动，因此假设研究者和波面一同运动。
这样，波面是相对静止的，而波前气流速度为c，波后气流速度为c-dv，同时压强密度和温度分别由p、ρ和T升到p+dp、ρ+dρ和T+dT。
在波面附近取一个微元体，有连续方程：动量方程：因为我们讨论的是微弱扰动，故高阶项可忽略。
把dv消去，得到音速为弱扰动的过程可以认为是一个等熵过程，即有对于微弱扰动，其热力学过程接近于绝热的可逆过程，即等熵过程。
对完全气体，(1)音速的的大小是和流体介质有关：可压缩性大的介质，微弱扰动传播的速度慢、音速就小。
在20度的空气中，音速为343(m/s)；在20度的水里，音速为1478(m/s)。
(2)音速是状态参数的函数。
在相同介质中，不同点的音速也不同。
提到音速，总是指当地音速。
(3)同一气体中，音速随气体温度的升高而升高马赫数的定义在音速定义后，可以定义马赫数1)马赫数是判断气体压缩性的标准, 它是个无量纲量,也是气体动力学的一个重要参数(2)按马赫数，可以将气流分成亚音速、音速和超音速流动。
气体动力学基础笔记手写
气体动力学基础笔记手写一、气体动力学基本概念1. 气体：由大量分子组成的混合物，其分子在不断地运动和碰撞。
2. 温度：气体分子平均动能的量度，与分子平均动能成正比。
3. 压力：气体对容器壁的压强，由大量气体分子对容器壁的碰撞产生。
4. 密度：单位体积内的气体质量，与分子数和分子质量有关。
5. 流场：描述气体流动的空间和时间的函数，由速度、压力、密度等物理量描述。
二、理想气体状态方程1. 理想气体状态方程：pV = nRT，其中p为压力，V为体积，n为摩尔数，R为气体常数，T为温度。
2. 实际气体与理想气体的关系：实际气体在一定条件下可以近似为理想气体，但在某些情况下需要考虑分子间相互作用和分子内能等效应。
三、气体流动的基本方程1. 连续性方程：质量守恒方程，表示单位时间内流入流出控制体的质量流量相等。
2. 动量守恒方程：牛顿第二定律，表示单位时间内流入流出控制体的动量流量等于作用在控制体上的外力之和。
3. 能量守恒方程：热力学第一定律，表示单位时间内流入流出控制体的热量流量等于控制体内能的变化率加上作用在控制体上的外力所做的功。
四、一维定常流1. 一维流：流场中所有点的流速方向都在同一直线上。
2. 定常流：流场中各物理量不随时间变化而变化的流动。
3. 声速：气体中声速与温度和气体种类有关，是气体的特征速度。
4. 马赫数：流场中任意一点上流速与当地声速之比，是描述流动状态的重要参数。
五、膨胀波与压缩波1. 膨胀波：由于流体受压缩而产生的波，传播方向与流体运动方向相反，波前压力低于波后压力。
2. 压缩波：由于流体受扩张而产生的波，传播方向与流体运动方向相同，波前压力高于波后压力。
气体流体力学的基础理论及其应用
气体流体力学的基础理论及其应用引言气体流体力学是研究气体在运动和变形过程中的力学性质和规律的学科。
它是流体力学的一个分支，涉及到气体的运动、压力、速度、密度等方面的问题。
气体流体力学的基础理论是研究和描述气体流动的运动学、动力学和能量的守恒原理。
通过对气体流体力学的研究，可以获得许多实际应用的有效方法和工具，如风洞测试、航空航天、气象预测等。
1. 气体流体力学的基础概念1.1 流体的性质气体是一种流体，具有以下几个基本性质： - 无定形和无固定体积：气体具有流动性，可以自由地扩散和混合。
- 高度可压缩性：气体能够被压缩，其体积可以随着压强的变化而变化。
- 分子之间的间距较大：气体分子之间相互之间的距离较大，分子之间主要通过碰撞传递能量。
1.2 流体力学的基本方程流体力学研究气体在运动和变形过程中的力学性质和规律，其基本方程包括：1.2.1 运动学方程流体的运动学方程描述了流体的速度、加速度和位移之间的关系。
它包括： - 运动方程：描述流体介质中的质点的运动状态，与质点的加速度和速度有关。
- 运动辅助方程：描述流体介质中的质点在流动中的加速度和速度与压力、密度和温度的关系。
1.2.2 动力学方程动力学方程描述了流体在运动和变形过程中的力学性质和规律。
它包括： - 质量守恒方程：描述了单位时间内通过单位面积的流体质量的变化与流入流出的质量流量之间的关系。
- 动量守恒方程：描述了单位时间内通过单位面积的动量的变化与流入流出的动量流量之间的关系。
- 能量守恒方程：描述了单位时间内通过单位体积的能量的变化与流入流出的能量流量之间的关系。
2. 气体流体力学的应用领域气体流体力学的基础理论不仅仅是理论研究，也被广泛应用于各个领域，为实际问题的解决提供了有效的方法和工具。
2.1 风洞测试风洞测试是利用气体流体力学的基本原理，在模拟大气环境下对飞行器、汽车等工程结构的气动性能进行测试和优化的方法。
通过风洞测试，可以获得飞行器在不同飞行状态下的气动力、气动热等参数，为飞行器的设计和优化提供重要参考。
气体动力学基础复习题答案
气体动力学基础复习题答案气体动力学是研究气体在不同条件下的运动规律的学科。
它是物理学中的一个重要分支，对于理解气体的行为和性质具有重要意义。
在学习气体动力学时，复习题是一个很好的方式来检验自己的理解和掌握程度。
下面是一些气体动力学基础复习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是理想气体？理想气体是指在一定条件下，气体分子之间没有相互作用力，分子体积可以忽略不计的气体。
理想气体的特点是分子间无相互作用力，分子体积可以忽略不计，分子间碰撞是完全弹性碰撞。
2. 理想气体状态方程是什么？理想气体状态方程是P V = n R T，其中P是气体的压强，V是气体的体积，n是气体的物质的量，R是气体常数，T是气体的温度。
3. 理想气体的压强与温度之间的关系是什么？理想气体的压强与温度成正比。
当温度升高时，气体分子的平均动能增加，分子的碰撞频率增加，从而导致压强的增加。
4. 理想气体的压强与体积之间的关系是什么？理想气体的压强与体积成反比。
当体积减小时，气体分子的碰撞频率增加，从而导致压强的增加。
5. 理想气体的压强与物质的量之间的关系是什么？理想气体的压强与物质的量成正比。
当物质的量增加时，气体分子的碰撞频率增加，从而导致压强的增加。
6. 理想气体的压强与气体常数之间的关系是什么？理想气体的压强与气体常数成正比。
气体常数是一个与气体性质相关的常数，不同的气体有不同的气体常数。
7. 理想气体的压强与温度、体积、物质的量之间的关系可以用什么公式表示？理想气体的压强与温度、体积、物质的量之间的关系可以用理想气体状态方程P V = n R T来表示。
8. 理想气体的摩尔质量是什么？理想气体的摩尔质量是单位摩尔气体的质量。
摩尔质量可以通过气体的摩尔质量与气体的密度之间的关系来计算。
9. 理想气体的平均动能与温度之间的关系是什么？理想气体的平均动能与温度成正比。
当温度升高时，气体分子的平均动能增加。
10. 理想气体的平均动能与分子质量之间的关系是什么？理想气体的平均动能与分子质量无关。
气体动力学基础chapter3
x
（3.2）
2．欧拉（Euler)法 ．欧拉（ 法 该方法着眼点是流场中的空间点或着眼于控制体。即研究运 动流体所占空间中某固定空间点流体的速度、压强和密度等物理 量随时间的变化；以及找出任意相邻空间点之间这些物理量的变 化关系，即分析由空间某一点转到另一点时流动参数的变化。从 而得出整个流体的运动情况。可见，欧拉法不需要注意各个流体 质点的运动过程，而是研究运动流体所占空间各点的流体参数的 变化。研究一切描述流体运动的物理参数在空间的分布，即研究 各流动参数的场。如速度场、压强场、密度场等向量场和标量场。
Vx 2 f1(a, b, c, t) ax = = t t 2 Vx 2 f2 (a, b, c, t) ay = = t t 2 Vz 2 f3 (a, b, c, t) az = = t t 2
z f3 (a, b, c, t) Vz = = t t
（3.3）
在欧拉法中用流体质点的空间坐标 ( x, y, z)与时间变量 t 来 表达流体的运动规律， x, y, z, t ) 叫欧拉变数，欧拉变数不是各自独 ( 立的，因为流体质点在场中的空间位置与时间 t有关，不同的时 间 t ，流体质点有不同的空间坐标 x, y, z 。因此对于任一个流体 质点的位置变量 x 、 y、 z 是时间 t 的函数，即
y
y=x
y = Cx
M(1,1)
x
3.脉线 脉线
所谓脉线是指在一段时间内，将相继通过某一空间固定点 的不同流体质点，在某一瞬时（即观察的瞬时）连成的曲线。 如果该空间固定点是释放染色的源，则在某一瞬时观察到一条 染色线，故脉线也称为染色线。染色线也是同一时刻不同流体 质点的连线。经过烟头和烟囱冒出的烟都是形成脉线的例子。
《气体动力学基础》课件
热力学基本定律
总结词
热力学基本定律是描述热能和其他能量之间转换的基本定律，它包括第一定律和第二定 律。
详细描述
热力学第一定律，也称为能量守恒定律，指出在一个封闭系统中，能量不能被创造或消 灭，只能从一种形式转换成另一种形式。热力学第二定律，也称为熵增定律，指出在自
然发生的反应中，总是向着熵增加的方向进行，即向着更加混乱无序的状态发展。
分子运动论基础
总结词
分子运动论基础是描述气体分子运动的基本理论，它包括分子平均自由程和分 子碰撞理论。
详细描述
分子平均自由程是指气体分子在两次碰撞之间所经过的平均距离。分子碰撞理 论则描述了气体分子之间的碰撞过程和碰撞频率，是理解气体流动和传热现象 的基础。
热传导基本定律
总结词
热传导基本定律是描述热量传递规律的基本方程，它包括导热系数和傅里叶定律。
它涉及到气体流动的基本原理、气体 与物体的相互作用、以及气体流动过 程中的能量转换和传递等。
气体动力学的发展历程
气体动力学的发展始于17世纪，随着科学技术的进步，气体 动力学的研究范围和应用领域不断扩大。
20世纪以来，随着航空航天技术的发展，气体动力学的研究 更加深入和广泛。
气体动力学的研究内容
06 气体动力学在工程中的应用
航空航天领域的应用
飞机设计
气体动力学在飞机设计中发挥着 至关重要的作用，涉及到机翼设 计、尾翼设计、进气道和喷管设 计等。
航天器设计
航天器在发射、运行和返回过程 中都受到气体动力学的影响，如 火箭推进、航天器在大气层中的 飞行和着陆等。
飞行器性能优化
通过研究气体动力学，可以优化 飞行器的性能，提高其飞行速度 、航程和安全性。
能源领域的应用
1-1气体动力学基本方程
26
gz1 e1 p1 w12 gz2 e2 p2 w22
1 2
2 2
b）窑炉中气体流动 对整个系统而言，压强变化不大，但温度变化大，气
体密度变化也较大，属于可压缩气体流动； 若分段处理，每段气体温度变化不太大，在平均温度
下的密度ρ近似为常数（不可压缩气体）， ρ1=ρ2=ρ，且气 体在平均温度下作等温流动，e1=e2 。
上式两边同除以 m1 可得单位质量气体的能量方程——
热力学第一定律：
q (gz2 e2 p2 w22 ) (gz1 e1 p1 w12 ) lm
2 2
1 2
对于稳定态一元流动，传入系统的热量等于系统
能量的增量与系统对外作的功率之和。
24
q (gz2 e2 p2 w22 ) (gz1 e1 p1 w12 ) lm
2
20
热 当系统内有加热装置、冷却装置或内热源（如化学反应） 时，流体通过时便会吸热或放热。单位时间吸收或放出的 热量（称为传热速率）用Q表示，J/s，这里规定，吸热时 Q为正，放热时Q为负。 功 单位时间内外界与系统内流体所交换的功，称为功率 （Lm）。
21
（2）稳定态一元流（管流）能量方程
8
所谓控制体是指流体流动空间中任一固定不变的体积， 流体可以自由地流经它，控制体的边界面称为 控制面，控制面是封闭的表面。 控制体通过控制面与外界可以进行质量、能量交换， 还可以受到控制体以外的物质施加的力。如果选取控 制体来研究流体流动过程，就是将着眼点放在某一固 定空间，从而可以了解流体流经空间每一点时的流体 力学性质，进而掌握整个流体的运动状况。 这种研究方法是由欧拉提出的，称为欧拉法。
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压缩性：是指作用于气体上的压强增大时， 气体所占有的体积减小、密度增大的特性。 用压缩系数 p 表示。
1 dv p v dp
[m2/N]或[1/Pa]
p的物理意义——气体温度一定时，气体压
强增加1Pa，气体体积的相对变化率。
[Pa· s]
c 是常数(p页表1-1)，与气体的种类有关。
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1.4 空气的浮力
原理：阿基米德定律。
设： 一流体中，一物体，体积V 则，浮力：F = V· 流体· g 重力：P = V· 物体· g
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F(浮力)
•
P(重力)
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讨论：
(1) 假设1m3流体（液体）在空气中
则：P=9810N（ H2O 1000 kg / m ）
3
F=11.77N（ a 1.2kg / m3 ） P» F，所以液体在空气中的浮力可忽略不 计。所以说水总是由高处向低处流动。
1.20kg / m ) F=11.77N ( 冷＝a ,20＝
3
可见，P<F，即浮力大于重力。 净浮力 = 浮力(F) – 重力(P) = 5.88N > 0 由此可见，热烟气在没有机械能加入 的情况下，将会在净浮力的作用下，由下 向上自动流动。
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2.2 能量守恒原理——伯努里方程
2.2.1 伯氏方程在窑炉中的应用形式 （1）理想气体
假设：(1)不可压缩理想气体，无粘性，无摩擦力； (2)变截面管道，稳定而连续的流动； (3)无外功输入，也无加热或冷却设备。
则：气体流动时无能量损失和内能的增减，只有 位能、动能、静压能三种能量之间的相互转换。
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（2）实际气体
实际气体有粘性，流动过程中有能量损失。
1 1 2 2 Z1 g p1 w1 Z 2 g p2 w2 hL (1, 2) 2 2
h
L (1, 2)
——表示气体从1-1截面流至2-2截面 的总能量损失
液体：t 气体：t
（因温度升高，液体中内聚力减小） （因温度升高，分子热运动加剧，
紊乱程度增大，动量交换增加。）
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气体动力粘度与温度的关系式：
273 c T 32 t ( )( ) T c 273
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令：标准状态参数：po To Vo o wo 任意状态参数：p T V w
pV pV 根据理想气体状态方程，得： T T
p T 所以有： V V p T
对于不可压缩气体，p≈po
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m pV nRT RT M
m ＝ V
pM RT
式中：T----热力学温度，K R----通用气体常数，R=8314.3 J/(kmol· K) n ----气体的摩尔数，kmol p ----绝对压强，N/m2或Pa V----体积，m3 m----气体的质量，kg M----气体的摩尔质量，kg/kmol
1 气体的物理属性
1.1 理想气体状态方程
理想气体特征：任何温度和压力下，气体 分子之间不存在相互作用力，而分子本身 的体积可以忽略不计（即认为气体分子是 不占体积的质点，气体流动时分子之间无 粘性）。
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当气体的温度≮ –20℃、压力≯200atm时，
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1-1截面(上游)：
p1、T1、1、w1
2-2截面(下游)：
p2、T2、2、w2
根据伯努里方程： (a) 对单位质量、受1N重力的流体(化工中)
2 1 2 2
p1 w p2 w Z1 Z2 1 g 2 g 2 g 2 g
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1.2 气体的膨胀性和压缩性
膨胀性：是指气体温度升高时，气体所占 有的体积增大、气体的密度减小的特性。 用体积膨胀系数 T 表示。
1 dv v dT
[1/K]
式中：v ----比容，即单位质量气体的体积，m3/kg T 的物理意义----气体的压强一定时，温度升高 1 ℃ ，气体体积的相对变化率。
Z1a g pa,1 Z2 a g pa,2
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因窑炉系统与外界大气是相连通的，考虑外界冷 空气对窑内热气体的浮力作用，两式相减，得：
1 2 Z1 ( பைடு நூலகம் a ) g ( p1 pa ,1 ) w1 2
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1.3 气体粘性
粘性----内摩擦力的表现。y
牛顿粘性定律：
dwx dy
[Pa]
（流体中心） wx
x
式中： ----动力粘度， （管壁） N· s/m2 = Pa· s ----剪切力，N/m2或Pa
1 2 Z 2 ( a ) g ( p2 pa , 2 ) w2 hL (12) 2
因热气体的 < a ,换基准面(新基准面)： 如图
1 2 H1 ( a ) g ( p1 pa ,1 ) w1 2
可以近似为理想气体，其 p、t 和 三个热
力学参数之间遵从理想气体状态方程。 窑内气体三个特征： （1）压强变化范围小； （2）温度变化范围大； （3）窑内热气体受窑外冷气体浮力影响大。
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根据以上特点，窑内气体经过等温处理后，可 以适用于理想气体状态方程式。
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第1章 气体力学在窑炉中的应用
§1-1 气体力学基础 §1-2 窑炉系统内的气体流动 §1-3 烟囱和喷射器
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§1-1 气体力学基础
1 气体的物理属性 2 气体动力学基本方程式
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规定：
(1)标准状态：温度 0℃ 压强 1atm（1atm=101325Pa）
(2) 物理量下角标“ ”为标准状态，单位前面 加大写“N” 例：密 流 度：o 速：wo 单位[kg/Nm3] 单位[Nm/s]
体积流量：Qv, o 单位[Nm3/s]
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(b) 对单位体积(1m3)、受重力g[N]的气体 (热工中)
1 1 2 2 Z1 1 g p1 1w1 Z 2 2 g p2 2 w2 2 2
单位：J/m3 = N/m2 = Pa
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气体是流体的一部分
固体
形状 体积 承受剪应力 固定 固定 可以 流体 液体 不固定 一定 不承受 气体 不固定 变化 不承受
不滑动
滑动
滑动
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（3）适用于两气体的伯努里方程
如图
管内热气体由1-1至2-2的伯氏方程：
1 1 2 2 Z1 g p1 w1 Z 2 g p2 w2 hL (1, 2) 2 2
管外相同高度上空气由1-1至2-2的伯氏方程 ： （假设空气是静止的）
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所以，关键是区分是否可压缩性气体？ 窑内及管道内一个等温段中:
= const, 是不可压缩气体
喷射器、烧嘴等个别情况： p 变化大（p > ±0.2atm）， w大（接近或大于当地音速） 此时 const，是可压缩气体
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V T 所以： V T
T V V V 1 t T
膨胀性随t 变化。
其中：T= t +T = t +273.15
[K]
1 273 .15
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推论：
T 体积流量: Qv Qv, Qv, (1 t ) [m3/s] T
密度:
T T 1 t
（反比）
T 流速(截面积不变时)： w w w (1 t ) T