气体动力学基础分析
《气体动力学基础》课件
气体状态方程
理想气体状态方程 真实气体状态方程 压缩因子
pV = nRT pV = ZnRT Z = pV/nRT
通过状态方程计算气体的压力、体积和温度之间的关系，深入理解气体的行为和性质。
绝热过程
绝热过程定义
在没有热量交换的情 况下，气体的温度和 压力发生变化。
绝热气体定律
pV^γ = 常数，其中γ 为气体比热容比。
2
绝热气体的等容过程
忽略热量交换的影响，讨论绝热气体的等容过程。
3
等容过程的性质
研究等容过程中气体的性质变化和热力学参数的关系。
气体动力学中的速度、密度、压力
速度概念
学习气体分子的平均速度、最 概然速度和均方速率。
密度计算
探索气体的密度定义和计算方 法，并分析密度对气体性质的 影响。
压力测量
介绍不同压力单位和测量方法， 了解压力与气体动力学的关系。
3 解析气体流动
通过研究气体的速度、压力和密度等参数，揭示气体在空气中的传播和扩散规律。
分子运动模型
1 碰撞理论
分析气体分子之间的碰撞，解释气体压力和 温度的关系。
2 动能理论
揭示分子的运动能量如何影响气体的性质和 状态变化。
3 分子均方速率
4 布朗运动
推导和计算气体分子的平均速度和速率分布。
探索分子在气体中的随机运动，为扩散和浓 度分布的研究提供基础。
绝热线和绝热 曲线
绝热过程在叠加状态 空间中形成特定形状 的线和曲线。
绝热耦合
将气体动力学与热力 学相结合，研究绝热 过程中的能量转换。
等温过程
1
等温过程定义
保持气体温度恒定，改变气体的压力和
理想气体的等温过程
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
27
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
流体力学第十二章气体动力学基础.ppt
由理想气体状态方程 故
p RT
p
kRT
s
第6页
（12.6）
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第十二章
气体动力学基础 第一节 压力波的传播，音速
流体力学
中国科学文化出版社
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第十二章 气体动力学基础
第一节 压力波的传播，音速 第二节 运动点扰源产生的扰动场，马赫数与马
赫角 第三节 一元稳定等熵流动的基本方程 第四节 理想气体一元稳定等熵流动的基本特性 第五节 气流参数与流道截面积的关系 第六节 渐缩喷管和拉伐尔喷管
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第十二章
气体动力学基础 第一节 压力波的传播，音速
为压缩声波，反之，就称为膨胀声波。如果活塞左右作微小的往复振动， 那么就有压缩声波和膨胀声波间隔地以音速a 向右传播，声波到达处的流体
跟着作微小的左右往复振动。
由于微弱扰动传播过程中介质压力、密度和温度变化很小，因此可假定这
个过程是等熵过程，即
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第十二章
气体动力学基础 第一节 压力波的传播，音速
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第十二章
气体动力学基础 第一节 压力波的传播，音速
而扰动未波及处，流体仍是静止的，压力和密度仍为 p、 。如果原来管内 的流体不是静止的，而是以均匀速度 w 向右流动，那么加一微弱扰动后的 情形就如图12.2（b）所示。这时微弱扰动在流速为 w 的流体中以相对速度a 传播，且传播的绝对速度与流体运动的速度 w 有关。在顺流方向，微弱扰 动的绝对传播速度为 a w；在逆流方向，微弱扰动的绝对传播速度为 a w。显然在上述两种情况下，管内流体的运动都是不稳定的。 为了方便分析，设想将坐标系固连在以速度 a 或 w a 前进的压力分界面上， 这样相对该坐标来说，流动就是稳定的，如图12.2（c）所示。站在相对坐 标上的观察者看到流体稳定地从右向左流动，穿过压力分界面时，速度由 a 降至 a dw ，而压力由 p 升高到p dp ，密度 由增加为 d 。
空气动力学基础知识
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体（特别是气体）与物体相互作用的力学分支，主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用，如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体，即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性，空气动力学可分为理想流体（无粘、无旋、不可压缩）和实际流体（有粘性、有旋性、可压缩）两类。
在实际应用中，理想流体问题较为简单，但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性，因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架，通过建立数学模型和求解方程，可以预测和解释流体流动的现象和特性。
气体动力学基础(1)
V 1 V · V p t
(7.3)
(3)能量方程：将理想流体的应力状态代入第三章的能量方程，可得：
V2 e t 2
V2 V· e 2
1 ·pV ) q (
将方程右端的散度展开 ·pV ) p· V · p ，并将内能 ( V e h p / 代入上式，经简单代数运算后，可得以下形式的能量方程：
因此等截面绝热管道种气体的一维声传播是非色散性的双向波。以上 分析可以推广到声波在无界空间中的传播，其结论是任意方向的声传播都 是非色散的等速行进波。 2 声速、马赫数 (1)完全气体的声速 上面我们讨论了气体平面运动中微弱扰动以波传播的形式运动，在一般 均匀静止气体中，声波以球面波的形式传播，用同样方法仍可导出等熵传 播的声速公式：
u Ma c
与当地声速 c 之比称为马赫数(用 Ma 表示)： u
马赫数的物理意义可解释为：
① Ma 数是单位质量流体质点的惯性力与压强合力的量级之比，例
如，可做以下的量级估计：
2 dV / dt V / L 惯性力 2 ～ Ma 压强合力 p / p / L
·V 0 （7.2a） t 或将(7．2a)式中散度项展开 ·V · V · ,代入(7.2a)后得以下 V
形式的连续方程：
D · 0 V Dt
(7.2b)
(2)动量方程或运动方程：就是第4章导出的欧拉方程，但是本章讨论 的流动过程中密度 是变量：
略掉二阶以上的小量可使方程线性化为：
u 0 0 t x
(7.10)
2 u c 0 0 t 0 x
(7.11)
气体动力学与空气动力学分析
气体动力学与空气动力学分析气体动力学和空气动力学是研究气体在运动中的力学性质的分支学科。
气体动力学主要研究气体的压力、密度、温度等与气体运动相关的物理性质，而空气动力学则是在气体动力学的基础上研究空气流动对物体的作用力。
一、气体动力学气体动力学研究气体在运动过程中的各种性质。
在气体动力学中，压力是一个重要的参数。
当气体分子在容器内碰撞时，会产生压力。
按照理想气体状态方程P = nkT，气体压力与分子数、温度成正比，与体积无关。
气体动力学还研究气体的密度、速度和温度等参数。
密度是气体单位体积内气体分子的数量。
速度是气体分子在运动过程中的物理量，表征了分子的运动快慢。
温度是气体分子平均热运动的程度，直接影响气体分子的速度和压力。
在气体动力学的研究中，还有一个重要的概念是气体的分子速度分布。
根据玻尔兹曼分布定律，分子速度服从高斯分布，即大部分分子速度接近平均速度，只有极少数分子速度非常快或非常慢。
气体动力学的研究除了在实验室进行，还可以利用数学模型进行计算。
通过建立适当的方程，如连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程，可以模拟气体在复杂环境中的运动过程，对大气环境和天气变化进行预测。
二、空气动力学空气动力学是在气体动力学的基础上研究空气流动对物体的作用力的学科。
在空气动力学中，流体力学是一个重要的理论基础。
在空气动力学中，对流体的运动进行了系统的研究。
流体包括气体和液体，流体力学主要研究流体的静力学和动力学性质，包括速度场、压力场以及流体流动的稳定性和不稳定性。
对于空气动力学而言，空气流动对物体的作用力是非常重要的。
当一个物体在空气中运动时，空气会对其产生阻力、升力和侧向力等作用力。
阻力是空气对物体运动方向的作用力，升力是垂直于运动方向的力，侧向力则是垂直于水平平面的力。
空气动力学的研究对于飞行器的设计和优化是至关重要的。
通过分析空气动力学，可以了解飞行器在不同速度、角度和空气密度下的性能，并找到最佳的设计参数以提高飞行器的效率和稳定性。
气体动力学基础
气体动力学基础气体动力学是研究气体运动规律以及与其他物体之间相互作用的学科。
它的研究对象包括气体的压力、体积、温度和分子速度等特性，以及这些特性之间的相互关系。
本文将介绍气体动力学的基础概念、理论模型和重要定律。
一、气体分子模型气体分子模型是气体动力学研究的基础，它假设气体是由大量极小的分子组成的。
这些分子之间几乎没有相互作用力，它们以高速不规则运动，并且具有各向同性的特性。
二、理想气体状态方程理想气体状态方程是描述气体状态的基本定律之一。
根据理想气体状态方程，气体的压力（P）、体积（V）和温度（T）之间存在着下列关系：P * V = n * R * T其中，n代表气体的摩尔数，R代表气体常数。
这个方程表明，在一定温度和摩尔数的条件下，气体的压力和体积成反比，而与气体的物理性质（例如分子大小和形状）无关。
三、气体的压强气体分子在容器壁上会产生压力，这种压力被称为气体的压强。
根据气体分子的运动特性，我们可以得到气体的压强与分子速度和撞击频率之间的关系。
通常情况下，气体的压强与气体分子的速度平方成正比。
四、气体的温度气体的温度是指气体分子的平均动能。
根据气体分子模型，气体分子的速度与其温度之间呈正相关关系。
在绝对温标上，温度与气体分子的平均动能之间存在着线性关系。
五、气体的体积气体的体积是气体占据的空间大小。
根据观察和实验结果，气体的体积与其分子数量和分子碰撞的频率有关。
当温度不变时，气体的体积与其压强成反比。
六、亚音速和超音速流动亚音速流动是指气体在流动过程中，流速小于音速的情况。
这种流动模式下，气体能够传递信息，且压力和温度分布相对均匀。
超音速流动则是指气体的流速大于音速。
在超音速流动中，气体的压力和温度存在明显的不均匀分布。
七、伯努利定理根据伯努利定理，沿着气体流动的方向，气体的总能量保持不变。
这意味着当气体流速增大时，气体的压强会降低，从而产生较低的静压力。
八、霍金定理霍金定理是描述亚音速气体流动的基本原理。
气体动力学的基础理想气体和真实气体的特性
气体动力学的基础理想气体和真实气体的特性气体动力学是研究气体在不同条件下的运动和相互作用的学科。
在气体动力学中，我们通常将气体分为两种类型：理想气体和真实气体。
理想气体是指具有一些理想特性的气体模型，而真实气体则更接近于实际气体的行为。
本文将介绍理想气体和真实气体的基本特性和区别。
一、理想气体的特性理想气体是一种理论模型，用于描述气体在一定条件下的行为。
它具有以下几个基本特性：1. 分子无体积：理想气体假设分子的体积可以忽略不计，因此分子之间不存在相互作用。
2. 分子无吸引力和斥力：理想气体假设分子之间没有相互引力或斥力，它们只在碰撞瞬间产生弹性碰撞。
3. 分子运动无规律：理想气体假设分子运动是无规律的，碰撞时的速度和方向是随机的。
4. 温度与能量成正比：理想气体的温度是由分子的平均动能决定的，温度越高，分子的平均动能越大。
5. 状态方程：理想气体的状态可以由状态方程表示，最常用的是理想气体状态方程PV=nRT（P为气体压强，V为体积，n为物质的摩尔数，R为气体常数，T为气体的绝对温度）。
二、真实气体的特性真实气体与理想气体相比，更接近于实际气体的行为。
尽管真实气体的行为更复杂，但我们仍可以总结出一些共同的特性和区别：1. 分子有体积：真实气体中的分子具有一定的体积，相比于容器的体积来说可以忽略不计，但在高压和低温条件下，分子间的体积效应将变得显著。
2. 分子间有相互作用：真实气体分子之间存在吸引力和斥力，这种相互作用会影响气体的压强、体积和温度。
3. 分子运动有规律：真实气体分子的运动是有规律的，符合动量守恒和能量守恒定律。
4. 温度与能量关系复杂：真实气体的温度与分子的平均动能之间的关系并不像理想气体那样简单，因为分子间的相互作用会导致分子的动能分布不均匀。
5. 状态方程复杂：真实气体的状态方程并非像理想气体状态方程那样简洁，不同的气体有不同的状态方程，例如范德华方程等。
总结：理想气体和真实气体是描述气体行为的两种模型。
第十一章 气体动力学基础
第十一章气体动力学基础在流体力学中，将流体分为可压缩流体和不可压缩流体两种。
在前面的章节中，主要讨论的是不可压缩流体的运动，例如，一般状态下的液体运动和流速不高的气体运动。
但是，对于高速运动的气体，速度、压强的变化将引起密度发生显著变化，若再按不可压缩流体处理，将会引起较大误差，此时，必须考虑气体的压缩性，按可压缩流体处理。
气体动力学就是研究可压缩气体运动规律及其在工程中应用的科学，本章主要介绍气体动力学的基础知识和基础理论。
§11.1 声速与马赫数11.1.1 声速声速是微弱扰动波在介质中的传播速度。
所谓微弱扰动是指这种扰动所引起的介质状态变化是微弱的。
如图11-1（a）所示，等直径的长直圆管中充满着静止的可压缩流体，压强、密度和温度分别为p、ρ、T，圆管左端装有活塞，原处于静止状态。
当活塞突然以微小速度dv向右运动时，紧贴活塞右侧的这层流体首先被压缩，其压强、密度和温度分别升高微小增量dp、dρ、dT，同时，这层流体也以速度dv向右流动，向右流动的流体又压缩右方相邻的一层流体，使其压强、密度、温度和速度也产生微小增量dp、dρ、dT、dv。
如此继续下去，由活塞运动引起的微弱扰动不断一层一层的向右传播，在圆管内形成两个区域：未受扰动区和受扰动区，两区之间的分界面称为扰动的波面，波面向右传播的速度c即为声速。
在扰动尚未到达的区域，即未受扰动区，流体的速度为v＝0，其压强、密度和温度仍为p、ρ、T，而在扰动到达的区域，即受扰动区，流体的速度为dv，压强、密度和温度分别为p+dp、ρ+dρ、T+dT。
(a)(b)图11-1 微弱扰动波的传播为了确定微弱扰动波的传播速度c ，现将参考坐标系固定在扰动波面上。
这样，上述非恒定流动便转化为恒定流动。
如图11-1（b ）所示，取包围扰动波面的虚线为控制面，波前的流体始终以速度c 流向控制体，其压强、密度和温度分别为p 、ρ、T ，波后的流体始终以速度（c-dv ）流出控制体，其压强、密度和温度分别为（p+dp ）、（ρ+d ρ）、（T+dT ）。
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。
动力学气体的温度和压力
动力学气体的温度和压力动力学气体是研究气体分子运动的物理学分支，涉及到气体的温度和压力等基本性质。
本文将通过介绍动力学气体的基本原理和理论，探讨温度和压力在动力学气体中的具体作用和相互关系。
一、动力学气体的基本原理与理论动力学气体的研究基于理想气体状态方程，该方程描述了气体的状态与温度、压力和体积之间的关系。
理论上，动力学气体的分子运动是混沌的，具有高速运动和碰撞的特性。
根据动量守恒和能量守恒定律，气体分子之间的碰撞会导致能量和动量的传递与交换。
二、动力学气体中的温度温度是描述物体热平衡状态的物理量，对于动力学气体而言，温度与气体分子的平均动能有关。
根据动力学理论，气体分子的平均动能与温度呈正比。
当温度升高时，分子的平均动能也增加，分子的运动速度加快，碰撞频率增加。
相反，当温度降低时，分子的平均动能减小。
温度的单位常用开尔文（K），在研究中喜欢使用绝对温度。
绝对温度与摄氏温度的转换公式为：T(K) = t(℃) + 273.15三、动力学气体中的压力压力是描述气体分子对容器壁或其他物体施加的力的物理量。
在动力学气体中，压力与气体分子的撞击有关。
气体分子不断地与容器壁或其他物体发生碰撞，产生压力。
根据动力学原理，压力与气体分子的数量、平均动能以及容器体积有关。
当气体的温度升高时，气体分子的动能增加，相应地会增加与容器壁碰撞的力，从而导致压力升高。
当气体温度降低时，气体分子的动能减小，压力也相应减小。
四、温度与压力的关系根据理想气体状态方程PV=nRT，温度和压力呈正相关。
当温度升高时，根据状态方程可得，气体的压力也会升高。
同样，当温度降低时，气体的压力会减小。
热力学定律也进一步说明了温度和压力之间的关系，例如查理定律和盖-吕萨克定律，这些定律指出了在恒容和恒压条件下，温度和压力的变化关系。
总结：动力学气体的温度与压力是密切相关的。
温度决定了气体分子的平均动能，而压力则由分子撞击产生。
温度升高时，分子运动加快，压力增大；温度降低时，分子运动减缓，压力减小。
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
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③一元等温流动的能量方程
将
p
RT
const.
代入
dp
d
v2 2
0
后，再积分，得
v2 RT ln p const.
2
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10.1 理想气体一元恒定流的运动方程
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10.1.4 一元绝热流动
①绝热过程(或等熵过程)
——无能量损失且与外界无热量交换的情况下所进行的 可逆的热力学过程。
——气体在容积不变的条件下所进行的热力学过程。
②定容流动
——气体容积不变的流动，或者说是不可压缩流体流动。
这时， =const. ，称为不可压缩流体。
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10.1 理想气体一元恒定流的运动方程
12
③一元定容流动能量方程
由欧拉运动微分方程
dp
d
v2 2
0
积分，得
p v2 const.
【证】由热力学第一定律知，对于完全气体
u cvT
cv
p
R
cv
(c p
p
cv )
cv c p cv
p
1 k 1
p
T p
R
R c p cv
k cp cv
故
u p v 2 const .
2
亦称为绝热流动的全能方程——理想气体绝热流动(即等 熵流动)中，沿流任意断面上，单位质量气体所具有的内 能、压能、动能三项之和均为一常数。
流体力学
Fluid Mechanics 10 一元气体动力学基础
问题
气体动力学的研究对象 气体动力学的研究特点 气体动力学的研究内容 本章基本要求 本章重点和难点
05:40
10 一元气体动力学基础
2
气体动力学的研究对象
气体动力学的研究对象是可压缩气体的运动规律 及其与固体的相互作用。通常，
运动学的质量守恒定律 动力学的动量守恒定律 热力学方面的能量守恒定律 气体的物理、化学属性方面的气体状态方程
及 气体组元间的化学反应速率方程 气体输运性质(黏性、热传导和组元扩散定律)等
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气体动力学的研究特点
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气体动力学的研究内容
①研究高速气体对物体(如飞行器)的绕流即外流问 题，包括
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10.1.4 一元绝热流动
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利用热力学焓 i u p ，绝热流动全能方程可以写成
i v 2 const . 2
又 i c pT ，则绝热流动全能方程还可以表示为
v2 c pT 2 const.
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10.1.4 一元绝热流动
正问题：给定物体的外形及流场边界、初始条件，求 解绕流流场的流动参数，特别是求出作用在物面上的 气动特性。
反问题：给定流场的一部分条件和需要达到的气动指 标(如高升阻比)，求解最佳物形。
②研究气流在通道中的流动规律，诸如研究喷管、 涡轮机和激波管内的流动等内流问题。
③还有如爆破波系的相互作用以及重力作用下非均 匀温度场的大尺度对流等。
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10 一元气体动力学基础
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主要要求和重点
掌握一元气流的欧拉运动微分方程及其在等熵条件下积分 式的推导。
理解绝热流动全能方程中各项的物理涵义。 掌握声速、滞止参数和马赫数的计算。 掌握渐缩喷管或渐扩管出流的计算方法。 了解在超声速条件下流速和密度随断面变化的规律。 了解等温和绝热管路的流动计算。 注意可压缩流体流动与不可压缩流体的区别和联系。 重点是等熵流动，等温管路和绝热管路流动规律及计算。
2
或 p v2 const.
g 2g
④方程的意义
沿流各断面上单位质量(或重量)理想气体的压能与动能之 和守恒，并可互相转换。
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10.1.2 一元定容流动
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10.1.3 一元等温流动
①等温过程
——气体在温度不变的条件下所进行的热力学过程。
②等温流动
——气体温度不变的流动，即在整个流动中，T=const.。
②绝热流动(或等熵流动)
——可逆的绝热条件下所进行的流动。
③一元绝热流动的能量方程
将
p
k
const
.
代入
dp
d
v2 2
0
，积分并整理后，得
k p v2 const.
k1 2
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10.1 理想气体上式多了一项
1 p u (单位质量气体所具有的内能) k 1
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气流微元流动
10.1 理想气体一元恒定流的运动方程
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1 dp v dv 0
ds ds
或
dp vdv 0
或
dp
d
v2 2
0
上两式称为欧拉运动微分方程，或微分形式的伯努利方程。
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10.1.1 一元理想气流运动微分方程
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10.1.2 一元定容流动
①定容过程
视为常数的原因。控制方程组包括
运动学的质量守恒定律 动力学的牛顿定律
及有关介质属性的本构关系，如黏性定律等
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10 一元气体动力学基础
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气体动力学的研究特点：流速大, 动能变化量与气
体内能相关，此时与p均为变量。它们既是描述
气体宏观流动的变量，又是描述气体热力学状态 的变量。因此，它们将气体动力学和热力学紧密 联系在一起。其流动控制方程包括
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10 一元气体动力学基础
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10.1.1 一元理想气流运动微分方程
对于图示微元体，利用理想流体欧拉运动微分方程，应有
S 1 p vs vs ds
s t s dt 恒定流， 0
t
一元流动，
p dp ; vs dvs s ds s ds S仅为重力，在同介质中 流动，可不计。则有
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10 一元气体动力学基础
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主要内容
10.1 理想气体一元恒定流动的运动方程 10.2 声速、滞止参数、马赫数 10.3 气体一元恒定流动的连续性方程 10.4 等温管路中的流动 10.5 绝热管路中的流动
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10 一元气体动力学基础
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10.1 理想气体一元恒定流动的 运动方程
10.1.1 一元理想流体欧拉运动微分方程 10.1.2 一元定容流动的能量方程 10.1.3 一元等温流动的能量方程 10.1.4 一元绝热流动的能量方程
液体被看作不可压流体，在整个流动中，气体密度
=const. ； 气体密度的变化与压强p、温度T有关，但当气体流速
v远远小于声速c时，也可以认为=const.； v大到一定程度，接近c或≥c时，就不能看作常数了。
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10 一元气体动力学基础
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气体动力学的研究特点
流体动力学的特点：流速低，介质的内能(分子热 运动的能量)远远小于动能的变化量，这就是可将