第六章+换热管流 气体动力学,流体力学,航空飞行原理
流体力学的基本原理和应用
流体力学的基本原理和应用流体力学是研究流体运动规律和性质的科学，它涉及了广泛的领域和应用。
本文将从流体力学的基本原理和应用角度探讨这一领域。
一、流体的性质流体是一种没有固定形状的物质，包括液体和气体。
流体具有两个基本性质：可压缩性和流动性。
1. 可压缩性流体的分子间距离较大，可以因为外力的作用而发生压缩变化。
液体的可压缩性较小，而气体的可压缩性较大。
2. 流动性流体的分子之间没有规则排列，可以自由流动。
流体的流动性是流体力学研究的核心内容。
二、流体力学的基本原理流体力学的基本原理主要包括质量守恒定律、动量定律和能量守恒定律。
1. 质量守恒定律质量守恒定律是指在一个封闭系统中，质量不会凭空产生或消失，质量的总量保持不变。
该定律在流体运动中起到了至关重要的作用。
2. 动量定律动量定律描述了流体在受力作用下的运动规律。
根据牛顿第二定律，流体受力等于质量乘以加速度。
通过运用动量定律，可以计算出流体的速度、压强等相关参数。
3. 能量守恒定律能量守恒定律是指在一个封闭系统中，能量的总量保持不变。
流体力学中的能量可以包括内能、动能和势能等。
能量守恒定律可以用来研究流体的热力学性质和能量转化过程。
三、流体力学的应用流体力学的原理和方法被广泛应用于各个领域。
以下是几个常见的应用领域：1. 水力工程水力工程是应用流体力学原理和方法研究和设计涉及水流运动的工程。
例如水坝、水电站和水管网络等都离不开流体力学的理论支持。
2. 空气动力学空气动力学是研究飞行器在空气中运动的科学。
它涉及了空气的流动、阻力和升力等问题，为飞机、火箭等航空器的设计提供了重要的依据。
3. 石油工程石油工程涉及到油气的开采、储存和运输等过程，流体力学的原理在研究油气井、油藏和油气管道等方面起到了至关重要的作用。
4. 生物医学工程流体力学在生物医学工程中的应用主要涉及血液流动、心血管系统和呼吸系统等生物流体的研究。
这些研究对于人类健康和医疗设备的设计都具有重要意义。
第六章管内气体流动的热力学
第六章 管内气体流动的热力学 工程上经常遇到的管内流动有以下三类：第一类为喷管和扩压管等管内流动；第二类为输送管内的流动；第三类为换热器管内的流动和可燃混合气在管内燃烧时的流动等。
第一类流动的轴功为零，且由于管道短、流速高可看作绝热流动，因而可先略去壁面摩擦，简化成无摩擦、无能量效应的变截面等熵流，待得出流动规律后，再考虑摩擦的影响，加以修正。
可以说，截面积变化是影响这类管内流动状况的主要因素。
第二类流动中的输送管道都是等截面的。
输送过程中，流体对外界不作轴功，外界对流体也投有加热或冷却，因而无能量效应。
第三类流动中的管道也是等截面的。
流动无轴功输出，外界对流体有热的作用，因而有熊量效应，但摩擦作用与能量效应相比可忽略不计。
所以说，能量效应是促使第三类流动状况变化的主要因素。
6—1基本概念与基本方程在与外界无轴功，无热量交换的情况下，流动的流体达到静止(c=O)时的状态称为滞止状态。
该状态的参数称为滞止参数，以下角标“0”表示。
流场中密度变化不能忽略的流体称为可压缩流体。
多数情况下，斌体密度的变化主要由压力变化引起。
s a == （6-1） 式中p v s ρ、、、分别为压力、密度、比容和熵。
对于理想气体a == （6-1a ） 式中k 为比热比，R 为气体常数。
某一点的流体流动速度c 和统一点的当地声速a 之比称为马赫数M ，即 c M a= （6-2） 可压缩流可以分成以下几类：1M < 亚声速流1M = 声速流1M > 超声速流根据稳态稳流能量方程，滞流焓0h 为202c h h =+ 对于理想气体，上式为20()2p c c T T -= 因为1p Rk c k =- M = 代入上式得201(1)2k T T M -=+ （6-3） 把式（6-3）代入可逆绝热过程方程，则有2101(1)2k k k p p M --=+ （6-4） 如果压力波通过时气体参数发生突然的急剧变化，则这种波称为激波。
流体力学与空气动力学
流体力学与空气动力学流体力学与空气动力学是研究流体运动规律和空气在运动中所受力学影响的学科。
流体力学是力学的一个重要分支，研究流体的运动规律和性质，包括液体和气体。
而空气动力学则是流体力学的一个特殊领域，专门研究空气在运动中所受的力学影响，尤其是在飞行器设计和空气动力学性能方面的应用。
本文将从流体力学和空气动力学的基本概念、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、流体力学基本概念流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科。
流体静力学研究静止流体中的压力分布和力的平衡条件，而流体动力学则研究流体在运动中的力学性质。
流体包括液体和气体，其特点是没有固定的形状，能够流动并填充容器。
流体力学的基本方程是连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述流体的运动规律和性质。
在流体力学中，流体的运动可以分为层流和湍流两种状态。
层流是指流体沿着流线有序地流动，流速分布均匀，流线间没有明显的交错和混合现象；而湍流则是指流体运动呈现混乱、不规则的状态，流速分布不均匀，流线间有交错和混合现象。
湍流状态下流体的阻力较大，能量损失也较多，因此在工程实践中需要尽量减少湍流的发生，以提高系统的效率和性能。
二、空气动力学基本概念空气动力学是研究空气在运动中所受的力学影响的学科，是流体力学的一个重要分支。
空气动力学主要应用于飞行器设计、空气动力学性能分析、空气动力学实验等领域。
在空气动力学中，流体的密度、速度、压力等参数对飞行器的飞行性能有着重要影响，因此需要通过数值模拟、实验测试等手段来研究和分析空气动力学性能。
空气动力学的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述空气在运动中所受的力学影响。
在飞行器设计中，空气动力学性能是一个重要的考虑因素，包括升力、阻力、侧向力等参数的计算和优化，以确保飞行器具有良好的飞行性能和稳定性。
三、流体力学与空气动力学的应用领域流体力学与空气动力学在工程领域有着广泛的应用，涉及航空航天、汽车工程、船舶工程、建筑工程等多个领域。
航空航天工程师的空气动力学与流体力学
航空航天工程师的空气动力学与流体力学航空航天工程师的空气动力学与流体力学，是指他们在设计、分析和改进航空航天器及其相关系统时所涉及的关键学科。
空气动力学与流体力学作为材料力学、结构力学和热力学等工程领域的重要基础学科，对航空航天工程领域的发展起着至关重要的作用。
本文将从基本概念、流体静力学、流体动力学和空气动力学几个方面对航空航天工程师涉及的空气动力学与流体力学进行阐述。
一、基本概念空气动力学与流体力学的基本概念包括流体、流动、密度、压力、速度等。
流体是一种具有变形性和流动性的物质，包括气体和液体。
流动是指流体在空间中运动的过程，可以是稳定的、不可压缩的流动，也可以是不稳定的、可压缩的流动。
密度是指单位体积内所含有的质量，常用符号ρ表示。
压力是单位面积上施加的力，常用符号p表示。
速度是流体质点通过单位时间所运动的距离，常用符号v表示。
二、流体静力学流体静力学研究静止不动的流体，主要涉及到压力、流速和流量等概念。
压力是指单位面积上受到的力，由于流体的性质，压力在流体中均匀分布。
流速是指流体通过单位横截面的质点在单位时间内所通过的流量，流速与截面积成反比关系。
流量是指流体通过某一横截面的质点在单位时间内通过的体积，流量与流速和截面积成正比关系。
三、流体动力学流体动力学研究流体在运动过程中所受到的力和相互影响的问题，主要涉及到动量和能量守恒等基本原理。
动量是物体运动时具有的物理量，反映了物体运动的速度和质量之间的关系。
在流体动力学中，动量守恒原理是基本的，根据该原理可以推导出质量守恒方程和动量守恒方程。
能量守恒原理是指在封闭系统中，能量总量是恒定的。
在流体动力学中，能量守恒原理对流体的内能、动能和势能进行综合考虑。
四、空气动力学空气动力学主要研究空气流动对航空航天器和其他物体的力学效应。
研究重点包括气动力、气动力矩和阻力等问题。
气动力是空气流动对物体产生的力，可以分为升力和阻力，其中升力是垂直于来流方向的力，阻力是与来流方向相反的力。
流体力学的基本原理
流体力学的基本原理流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，旨在了解和分析流体的行为和特征。
它的研究对象包括气体和液体，在工程学、物理学和地球科学等领域都有着广泛的应用。
本文将探讨流体力学的基本原理，以期帮助读者全面了解这一领域的知识。
一、流体力学的基本概念流体力学研究的是流体的运动，而流体的运动可以分为两种情况：一种是静态流体，即流体处于静止状态；另一种是动态流体，即流体具有速度场分布的运动状态。
流体力学通过数学方法和实验研究对流体的运动行为进行预测和描述。
二、连续介质假设在进行流体力学的研究中，我们通常采用连续介质假设。
连续介质假设认为流体是由无数微观粒子组成的，这些粒子之间的相互作用力可以忽略不计。
基于这个假设，我们可以应用微分方程和积分方程进行流体的运动描述和分析。
三、质量守恒定律质量守恒定律是流体力学中的基本原理之一。
根据这一定律，一个封闭系统内的质量总是不变的。
换句话说，对于一个流体流动系统来说，流入系统的质量必须等于流出系统的质量。
这个原理被广泛应用于流体力学中的流量分析和控制。
四、动量守恒定律动量守恒定律是另一个重要的流体力学基本原理。
它描述了流体中动量的守恒关系。
根据动量守恒定律，流体在受到外力作用时会产生加速度，并且流体内各点之间的压力差会引起流体的运动。
这个原理在研究流体力学中的压力分布、速度场和流体流动方向等方面起着重要作用。
五、能量守恒定律能量守恒定律是流体力学的另一个基本原理。
根据这一定律，流体在运动过程中能量总是守恒的。
能量守恒定律可以用来描述流体在不同状态中的能量变化和转化。
例如，在研究流体的产热和传热过程中，我们可以利用能量守恒定律来分析和计算。
六、流体力学的应用流体力学的研究不仅仅是理论分析，还有着广泛的应用价值。
在建筑工程中，流体力学可以用于分析和设计水力结构，例如水坝和水渠。
在航空航天工程中，流体力学可以用于研究和改进飞机和火箭的气动性能。
在地球科学中，流体力学可以用来模拟大气和海洋的环流系统，以及地球内部的岩浆运动。
流体力学第六章流体动力学积分形式基本方程
右端为零。
第1页
退出 返回
第六章 流体动力学积分形式基本方程
第三节 动量矩方程
例题6.3 如图6.4所示，离心压缩机叶轮转
速为 ，带动流体一起旋转，圆周速度
为 u ，流体沿叶片流动速度为w ，流量
为Q，流体密度为 ，求叶轮传递给流体
的功率。
解：流体绝对速度为 c u w
当叶片足够多时，可认为流动是稳定的。取
则控制体内流体内能的增量将由辐射热提供，于是有
qR d
de dt
d
d dt
ed
qR
de dt
，即 （6.11）
第3页
退出 返回
第六章 流体动力学积分形式基本方程
第四节 能量方程
据系统导数公式（输运公式），有
d dt
ed
t
ed
A w
nedA
稳定流动时由式（6.11）、（6.12）可得
（6.12）
d
u
t
d
（b）
第4页
退出
返回
第六章 流体动力学积分形式基本方程
第二节 动量方程
将式（a），（b）代入式（6.4）得到
A wr nwrdA u
A wr ndA
Fd
A pndA
t
wrd
u t
d
u t
d
（c）
由连续性方程可知
u
t
d
uA
wr
ndA
0
，则（c）式变为
Awr nwrdA
第1页
退出
返回
第六章 流体动力学积分形式基本方程
第一节 连续性方程
如图6.1所示，令 为控制体体积，A为控制面面积，n为 dA 控制面外
空气动力学原理
空气动力学原理空气动力学原理是研究空气在物体表面作用下产生的力的学科，主要用于飞行器、汽车、建筑物等工程设计中。
空气动力学原理的理论基础包括气体力学、流体力学和运动学，它们解释了空气对物体的压力、阻力和升力产生的原理。
本文将介绍空气动力学原理的基础概念和应用。
1. 气体力学气体力学是研究气体的性质和行为的学科。
在空气动力学中，气体力学的基本原理包括气体的状态方程、气体分子的速度分布和气体分子与物体之间的碰撞。
根据气体力学的原理，我们能够计算流经物体表面的气体的压力和温度分布，从而理解空气对物体表面产生的力。
2. 流体力学流体力学是研究流体（液体和气体）的运动规律和性质的学科。
在空气动力学中，流体力学的基本理论包括连续性方程、动量方程和能量方程。
这些方程描述了空气在不同速度和压力下的流动方式，通过解析这些方程，我们可以预测空气在物体表面的流动情况。
3. 升力和阻力在空气动力学中，升力和阻力是两个重要的概念。
升力是空气对物体垂直于运动方向的力，而阻力是空气对物体平行于运动方向的力。
升力和阻力的产生与物体表面的形状、大小和运动状态有关。
对于飞行器来说，升力的产生是通过翼型的气动性能，而阻力则与飞行器的阻力系数和速度有关。
4. 翼型与气动力性能翼型是飞行器上机翼的横截面形状。
在空气动力学中，翼型的形状决定了空气在其上表面和下表面的流动情况，进而影响了升力和阻力的产生。
常见的翼型包括对称翼型、半对称翼型和非对称翼型，它们具有不同的气动力性能。
通过对翼型的气动力学性能进行研究和优化，可以提高飞行器的升力和降低阻力。
5. 应用领域空气动力学原理在多个领域有广泛的应用。
在航空航天工程中，空气动力学原理被用于设计和改善飞机、火箭和卫星的气动外形，以提高其飞行性能。
在汽车工程中，空气动力学原理被用于减少汽车在高速行驶时的空气阻力，从而提高燃油经济性。
在建筑工程中，空气动力学原理被用于对高层建筑、桥梁和其他结构物的风载荷进行估算和设计。
气体动力学基本原理
气体动力学基本原理气体动力学是研究气体在运动过程中所遵循的基本原理的学科。
它涉及到气体的压力、体积、温度和流动等方面的问题。
本文将从压力、体积和温度的关系、理想气体状态方程、气体的流动性质以及气体动力学在实际应用中的重要性等方面，探讨气体动力学的基本原理。
气体的压力、体积和温度之间存在着密切的关系。
根据气体分子的运动规律，我们知道气体的压力与分子的撞击力有关。
当气体分子与容器壁碰撞时，会给容器壁施加一个力，从而产生压力。
当气体分子的平均动能增加时，它们的撞击力也会增加，从而导致气体压力的增加。
同时，气体的体积和温度也会对气体的压力产生影响。
根据查理定律，温度越高，气体分子的平均动能也越大，因此气体压力也会增加。
而气体的体积与压力呈反比关系，即体积越小，压力越大；体积越大，压力越小。
这种关系可以用压力-体积定律来描述。
理想气体状态方程是描述气体性质的重要工具。
理想气体状态方程可以表示为P·V=n·R·T，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，R表示气体常数，T表示气体的温度。
这个方程说明了气体的压力、体积、温度和物质量之间的关系。
当其他条件不变时，气体的压力和温度成正比，体积和温度成正比，体积和压力成反比。
这个方程在研究气体的性质和进行气体计算时非常重要。
气体的流动性质也是气体动力学研究的重要内容。
气体的流动可以分为层流和湍流两种状态。
在层流状态下，气体分子的运动轨迹是有序的，分子之间的相互作用较小，流体呈现出稳定的流速分布。
而在湍流状态下，气体分子的运动轨迹是混乱的，分子之间发生大量的相互作用，流体呈现出剧烈的涡旋和涡流。
气体的流动性质对于工程设计和流体力学等领域具有重要意义，因此研究气体的流动行为是气体动力学的重要内容之一。
气体动力学在实际应用中具有广泛的重要性。
在航空航天、气象学、燃烧学、化学工程等领域，气体动力学的基本原理被广泛应用。
例如，在航空航天领域，研究气体的动力学行为可以帮助我们理解飞行器在高空的飞行特性，从而优化飞行器的设计和性能；在气象学中，气体的流动性质是研究大气运动和天气现象的基础；在燃烧学和化学工程中，气体动力学的原理可以帮助我们理解燃烧过程和反应器的设计。
气体动力学
气体动力学是流体力学的一个分支。
在连续介质的假设下，研究了与热力学现象有关的气体运动规律及其与相对运动物体的相互作用。
不能考虑其低速热流。
但是，当高速流动（例如，马赫数大于0.3）时，气体的压缩效果不容忽视，其热态也有明显的变化。
气体运动应符合流体力学和热力学定律。
气体动力学是由流体力学和热力学的紧密结合而形成的随着航空航天工业的飞速发展，有许多新的分支机构。
①高温气体动力学高温气体动力学。
研究了高温气体的流动规律，理化变化，能量传递和转化。
例如，在喷气发动机的燃烧室中，冲击层返回航天器表面并以高超音速唤醒，气体温度很高，气体的比热不再恒定，并且状态方程式为气体（P =ρ，RT，P，ρ，t为气体的压力，密度和温度，R 为气体常数）不再适用。
另外，气体分子中各种能级的激发（平移，旋转和振动）处于不平衡状态，导致流动不平衡。
在非常高的温度下，会发生离解和电离过程以及表面腐蚀。
因此，对高温气体动力学的研究应将气体动力学与热力学，统计物理学，分子物理学，化学动力学和电磁学相结合，并使用物理，化学和气体动力学，光谱学，激光，电子和电磁测量方法等实验技术。
机械和测试设备，例如冲击管和电弧加热器。
高温气体动力学的研究对航空航天工业，激光和等离子体技术的发展具有重要意义。
②稀有气体动力学稀有气体动力学。
研究了克努森数（KN）不小于1的稀有气体的运动规律。
对于在高空飞行的航天器，kn并不是一个小数目。
气体分子的离散结构显示出它的影响，经典的连续谱模型不再适用。
在研究地面上5μm以下的气溶胶颗粒的运动时，还应考虑稀有气体的影响。
为了研究稀有气体的动力学，使用了气体分子运动的玻尔兹曼方程和气体分子与固体表面之间相互作用的理论。
使用低密度风洞，冲击风洞和分子束装置等实验设备。
稀有气体动力学的研究在人造地球卫星，航天飞机和一些非太空技术的发展中起着重要作用。
③宇宙气体动力学宇宙气体动力学。
用气体动力学方法研究了物质在宇宙中的形态和运动。
流体力学的应用及应用原理
流体力学的应用及应用原理引言流体力学是研究液体和气体在静止和运动状态下的力学性质的科学。
它在各个领域都有着广泛的应用，包括航空航天、建筑工程、化学工业、环境科学等。
本文将介绍流体力学的应用领域以及其应用原理。
1. 航空航天领域•空气动力学研究：通过流体力学的理论分析和数值模拟，可以研究飞机、火箭等空中器械的气动性能，比如升力、阻力、机翼的设计等。
•空气动力学测试：通过实验室的风洞实验，可以模拟不同速度、不同角度下的飞行环境，验证数值模拟结果的准确性。
2. 建筑工程领域•空气流动研究：流体力学可以用于研究建筑物周围的空气流动状况，如风压、通风等。
这可以帮助建筑师设计更加节能和舒适的建筑。
•管道流体力学：管道系统中的流体运动对于工业生产和供水系统都是至关重要的。
应用流体力学原理，可以设计出合理的管道结构和流体控制装置，优化管道系统的运行效率。
3. 化学工业领域•反应器设计：在化学反应中，液体和气体的流动对反应速度和产物分布有着重要的影响。
利用流体力学的原理，可以优化反应器的设计，提高反应效率和产物质量。
•搅拌过程研究：在化学反应和混合过程中，搅拌可以增强流体的混合和反应速率。
流体力学可以用于研究搅拌过程中的流体流动，从而设计出具有良好混合效果的搅拌设备。
4. 环境科学领域•水力学研究：流体力学在水资源和水环境管理中起着重要作用。
可以通过流体力学模拟河流、湖泊和海洋中的水流、波浪等现象，为水利工程和环境保护提供科学依据。
•空气质量研究：流体力学可以模拟空气中的污染物传输过程，帮助研究大气污染物的扩散和影响范围。
结论流体力学是一个广泛应用的领域，涉及航空航天、建筑工程、化学工业和环境科学等各个领域。
通过研究流体的力学性质，可以优化设计、提高效率、减少能源消耗，从而推动科学技术的发展和社会的进步。
流体力学的原理和应用
流体力学的原理和应用1. 引言流体力学是研究液体和气体在静止和运动状态下的力学性质和行为的学科，广泛应用于各个领域，包括工程学、物理学、地球科学等。
本文将介绍流体力学的基本原理和其应用领域。
2. 流体力学的基本原理2.1 流体的特性•流体的定义：流体是指能够流动的物质，包括液体和气体。
•流体的基本性质：流体具有无固定形状、自由流动的特性。
•流体的连续性：流体在空间中任意一点的速度和压力都是连续变化的，满足连续性方程。
2.2 流体的运动描述•欧拉方法：将流体视为无数质点的集合，通过描述流体质点的运动状态来表示流体的运动。
•拉格朗日方法：跟踪单个质点的位置和速度来描述流体的运动。
2.3 流体静力学•流体的静力学平衡：当流体处于静止状态时，各个部分之间的压力是相等的，满足帕斯卡定律。
•压强与深度的关系：在同一密度的流体中，压强随深度增加而增加。
•浮力与浸没物体的关系：当物体浸没在流体中时，流体对物体所施加的浮力等于物体排开的流体体积的重力。
2.4 流体动力学•流体的动力学平衡：当流体处于运动状态时，流体中各个部分所受到的压力、惯性力和重力之和为零，满足动量守恒定律。
•流体的流速场和流线：流速场描述了流体在空间中的运动情况，流线是流速场的切线。
•质量流率和体积流率：质量流率表示单位时间内流体通过某一截面的质量，体积流率表示单位时间内流体通过某一截面的体积。
•能量守恒和伯努利方程：能量守恒原理描述了流体的总能量在流动过程中是守恒的，伯努利方程表示了流体在不同位置的动能、压力和势能之间的关系。
3. 流体力学的应用领域3.1 工程学中的应用•水力学：研究涉及水的流动、压力和力学性质的工程问题，如水坝设计、水力发电等。
•空气动力学：研究涉及空气流动、气动力学和飞行器设计等工程问题，如飞机设计、汽车空气动力学等。
•管道流动：研究涉及液体或气体在管道内流动的问题，如管道系统的设计和优化。
•流体力学模拟：利用数值模拟方法对流体力学问题进行计算和分析，如数值模拟气候变化、海浪运动等。
流体力学的基本原理与应用导论
流体力学的基本原理与应用导论一、引言流体力学是研究流体运动规律的科学，广泛应用于各个领域，如航空航天、能源、环境工程等。
本文将介绍流体力学的基本原理及其在实际应用中的导论。
二、流体力学的基本原理1. 流体的性质流体力学研究的对象是流体，流体包括液体和气体。
与固体不同，流体具有流动性和变形性。
流体的性质包括密度、粘度、压力等。
2. 流体运动的描述流体力学通过速度场和压力场来描述流体运动。
速度场描述了流体各点的速度分布情况，压力场则描述了流体各点的压力分布情况。
3. 流体运动的基本方程流体力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体质量的守恒性，动量守恒方程描述了流体动量的守恒性，能量守恒方程描述了流体能量的守恒性。
4. 流体力学的数学模型为了研究流体力学问题，需要建立相应的数学模型。
常用的数学模型包括欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。
欧拉方程适用于描述无粘流体的运动，纳维-斯托克斯方程适用于描述有粘流体的运动。
三、流体力学的应用导论1. 空气动力学空气动力学是流体力学在航空航天领域的应用之一。
通过研究空气的流动规律，可以设计出更加优良的飞行器和航空器件。
空气动力学还可以应用于风洞实验和气动力学模拟。
2. 水力学水力学是流体力学在水利工程领域的应用之一。
通过研究水的流动规律，可以设计出更加高效的水利工程设施，如水电站、水闸等。
水力学还可以应用于水资源管理和水灾防治。
3. 石油工程石油工程是流体力学在能源领域的应用之一。
通过研究油气的流动规律，可以优化石油开采过程，提高石油采收率。
石油工程还可以应用于石油储运和油气田开发。
4. 环境工程环境工程是流体力学在环境保护领域的应用之一。
通过研究空气和水的流动规律，可以优化环境治理方案，减少污染物排放和扩散。
环境工程还可以应用于水污染防治和大气污染控制。
四、结论流体力学是一门重要的学科，它研究了流体运动的基本原理，并在各个领域得到广泛应用。
清华大学流体力学课件-6-气体动力学基础
1 M
气体动力学基础
13
§6.1 基本方程和基本概念
依赖域：影响空间某点流动的区域称为该点的依赖域。
M 1
依赖域
影响域
P
超音速气流中 P 点的影响域和依赖域
亚音速：椭圆型方程，必须给出全部的边界条件 超音速：双曲型方程，只需给出上游边界的条件
2017年春-本科生-流体力学
气体动力学基础
u 1
p0 / 0 u c0u*
t
0
u x
u
x
0
c0 p0 / 0
x Lx*
t L t* c0
*
t*
0
L / c0
0
u* x*
c0
L
*u*
x*
0 c0
L
0
* u* 2 *u* 0
p h x a0t h x a0t
2017年春-本科生-流体力学
气体动力学基础
9
§6.1 基本方程和基本概念
方程的解是两族简单波的叠加
右传波 f x a0t ：函数 f 沿 x a0t C 不变， 左传波 f x a0t ：函数 f 沿 x a0t C 不变，
声速是状态参数，声波的传播是等熵过程（理想、绝热）；
在匀速运动的惯性坐标系中，声速仍为 a dp d s
在不均匀气流中，每个点上流动参数不同，声速也不同； 声速与流体的压缩性： 压缩性越强声速越小
不可压缩流体 a
常比热完全气体： p C dp p RT d
基本内容
1. 基本方程和基本概念 2. 完全气体等熵流动的主要性质 3. 激波理论 4. 超声速气体绕凸角流动 5. 完全气体在变截面绝热管内的准一维定常
空气动力学与飞行原理课件：无人机空气动力学概述 、翼型空气动力学
空气动力学与飞行原理
翼型空气动力学
LOGO 6
壹 目录页 一、 二、 三、 四、
翼型几何特性 伯努利定理 升力 阻力
五、 六、 七、
升阻比
空气动力特性影响因素
翼型选择
7
壹 翼型几何特性
在固定翼无人机的各种飞行状态下，机翼是 无人机产生升力的主要部件。如果平行于机身对 称面在机翼展向任意位置切一刀，切下来的机翼 剖面称作为翼剖面或翼型。如图，翼型设计是无 人机设计中必不可少的一环，它直接影响到固定 翼无人机的空气动力学特性和飞行性能。
（四）S翼型 中弧线是一个平躺的S型，这类翼型
因迎改变时，压力中心变动较小，升力 较大，常用于飞翼布局无人机。
（五）内凹翼 下弧线在翼弦线上，中弧线高，升
力系数大，常见于早期飞机及牵引滑翔 机。
13
壹 翼型几何特性
（六）其它特种翼型 例如：直升机OA系列翼型等。 20世纪初设计了很多低速飞机的翼型，如德 国人奥托·利林塔尔设计并测试了RAF-6，还有 Gottingen 398，Clark Y，NACA翼型系列等， 如图2.5所示。目前这些翼型在低速无人机和航空 模型中得到了广泛的应用。尤其是Clark Y系列翼 型，因其良好的加工性能，在微型和轻型无人机 中得到了广泛应用。
空气动力学与飞行原理
无人机空气动力学概述
LOGO 1
壹 无人机空气动力学概述
无人机之所以能在大气中做持续的飞行，主要靠空气给它的反作用力（即升力）。空气动力学 最重要的是知道无人机上所受到的分布压力、升力、阻力和力矩，以及无人机参数对这些空气动力的 影响规律。
无人机主要在对流层和平流层飞行，此时无人机尺寸远大于气体分子的自由行程，因此，无人 机所处的介质是连续空气。对于无人机空气动力学，最重要的两个无量纲量是马赫数和雷诺数，它体 现了空气的压缩性和粘性特性。
空气动力学与航空飞行
空气动力学与航空飞行第一章：空气动力学的基本概念空气动力学是研究物体运动时受到空气流动影响的科学。
在航空领域中，空气动力学是飞机设计和飞行性能研究的重要基础。
在了解空气动力学之前，需要先了解一些基本概念。
首先是气体，气体是一种大面积散布于地球表面周围的物质。
在大气压力和温度下，气体可以分解为分子。
它们在三个维度上运动，并与周围其他气体分子碰撞交换动量和能量。
其次是流体力学的一些基本概念，如航空领域中最常见的气动力学参数——气动力。
这是指流体（如空气）对物体（如飞机）施加的力。
气动力是与气流速度、空气密度和物体形状相互关联的，可以通过公式计算出来。
在航空领域中，我们还需要了解阻力和升力的概念。
阻力是指空气对飞机飞行运动的阻力，它是导致飞机速度减慢的因素，升力则是支撑飞机向上飞行的重要力量。
第二章：飞机的设计和构造为了优化飞机的空气动力学性能，飞机的设计需要考虑多种因素，包括飞行器的重量、空气动力学稳定性、翼形和机翼配置以及动力系统的性能等。
其中，飞机翼面积是非常重要的参数，这直接影响着飞机的升力和阻力。
飞机的机身和尾翼形态也可以通过設計来减小气动阻力并提高稳定性。
一些辅助设备，如襟翼和襟缝，也可以用于改善飞行器的空气动力学性能。
例如，襟翼用于增加翼面积和升力，而襟缝则可以减小气动阻力和增加升力。
此外，地形和天气条件也会对飞机的设计和结构产生影响。
雷暴和强风可能会影响飞行稳定性，灰尘和沙土则可以增加阻力并损坏发动机和机体表面。
第三章：飞行的基本原理当飞机进入空气中时，受到气流的影响开始产生升力和阻力。
当飞机加速时，阻力越来越大，而升力则随飞机速度的增加而增加。
在飞行过程中，飞机的结构可以分为三个部分：机头、机身和机尾。
其作用是使飞行器在气流中运动的方向和方式受到控制，并通过用于创建升力的翼面控制飞机。
尾部控制元件（例如方向舵）用于控制方向和平衡。
为了保持稳定和控制飞机，飞行员需要不断调整飞机的高度、速度和方向等参数，并快速作出反应以应对特殊情况。
飞机如何在空中飞行？
飞机如何在空中飞行？飞机作为现代交通工具之一，具有了不可替代的重要地位。
它不仅大胆地架起了国家与国家之间的桥梁，还使得不同文化、不同风俗的碰撞与交融成为可能。
作为广泛应用的交通工具，飞机的飞行原理值得深入探讨。
本文将从气体动力学、飞机结构与设计、以及飞行控制等多个角度来研究飞机是如何在空中飞行的。
一、气体动力学基础1.1 理论基础飞机能够在空中飞行的基本原理源自于伯努利定律和牛顿第三运动定律。
伯努利定律表明，当流体流速增加时，其压力降低。
而牛顿第三运动定律则指出，每一个动作都有一个相等且相反的反应。
在飞机起飞和飞行过程中，这两条定律共同影响着飞机的升力和阻力。
1.2 升力的形成飞机翅膀形状的独特设计，为升力的产生提供了必要条件。
翅膀通常采用上凹下凸的气动外形，这种设计使得空气在翼上方流速加快，下方流速相对较慢，从而形成了压力差，进而产生升力。
这个升力必须大于或等于飞机的重力，才能使飞机起飞并保持在空中。
1.3 阻力与推力当飞机在空中飞行时，除了升力之外，另一个重要的因素是阻力。
阻力是指在飞行过程中由于空气摩擦而对飞机产生的反向力量。
这种阻力通常分为诱导阻力和摩擦阻力两种。
然而，推力是推动飞机前进的重要力量，主要来源于飞机的发动机。
现代喷气式飞机通过喷出高速气流来产生推力。
二、飞机结构与设计2.1 飞机结构简介现代飞机通常由机身、机翼、尾翼、起落架以及动力系统等几部分构成。
其中，每一个部分都有其特定的功能，共同协作以完成飞行任务。
机身：机身是飞机的核心部分，用于支撑整个结构和承载乘客及货物。
机翼：机翼是产生升力的重要构件，其形状和角度对于飞行性能至关重要。
尾翼：尾翼主要负责稳定性与控制，包括垂直尾翼和水平尾翼。
起落架：起落架支持飞机在地面移动，并提供起降时所需的支撑。
动力系统：包括发动机等设备，为飞机提供所需动力，使其能够前进。
2.2 飞机设计因素设计一架优秀的飞机需要考虑多种因素，例如：气动外形、材料选择和安全性等。
第六章+换热管流 气体动力学,流体力学,航空飞行原理
第6.1节 热交换对气流参数的影响
半热力喷管：亚音速气流先在等截面加热管内加 热，使之达到音速，然后利用扩张管使气流达到 超音速
第6.1节 热交换对气流参数的影响
6.1.3 瑞利线 给定单位面积的冲量和密流下的等截面管流 的h-s曲线为瑞利线
ds γ 1 − Ma dh = ⋅ ⋅ 2 R γ − 1 1 − γMa h
加热时，多变过程线在绝热线之上
• Ma<1时，n<γ，过程线位于定压线（n=0）和绝热 n< 线（n=γ)之间，是多变膨胀过程 • Ma>1时，n>γ，过程线位于定容线（n=∞）和绝热 n> 线（n=γ)之间，是多变压缩过程
放热时，多变过程线在绝热线之下
• Ma<1时，n<γ，过程线位于定压线（n=0）和绝热 n< 线（n=γ)之间，是多变压缩过程 • Ma>1时，n>γ，过程线位于定容线（n=∞）和绝热 n> 线（n=γ)之间，是多变膨胀过程 总结：亚音速的加热过程是膨胀过程，超音速的加热过程 是压缩过程；亚音速的放热过程是压缩过程，超音速的放 热过程是膨胀过程
2
第6.1节 热交换对气流参数的影响
讨论： 当Ma<1时：
• • • 若γMa2<1,则ds与dh同号，曲线斜率为正 若γMa2>1,则ds与dh异号，曲线斜率为负 加热使熵增加，放热使熵减小，气流参数沿瑞利线上 支变化
当Ma>1时,则ds与dh同号，曲线斜率为正，加热 熵亦增加，放热熵减小，气流参数沿瑞利线下支 变化； 当Ma=1时，ds＝0，s达到极大值，为临界点
气体动力学
发动机教研室 曲春刚
第六章 换热管流
假设： 流动是一维定常的 管道为等截面直管 无功交换及粘性摩擦阻力 气体化学成分不变，且为定比热容完全气 体
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发动机教研室 曲春刚
第六章 换热管流
假设： 流动是一维定常的 管道为等截面直管 无功交换及粘性摩擦阻力 气体化学成分不变，且为定比热容完全气 体
第六章 换热管流
第6.1节 热交换对气流参数的影响
6.1.1基本方程 连续方程、动量方程、能量方程、状态方 程、Ma方程、总压方程、热力学第二定律
第6.1节 热交换对气流参数的影响
讨论： 当 Ma = 1 时，dh=0，焓达到极大值，对气
γ
流的加热等于气流动能的增加量，气流焓不受影 响。 亚音速气流中，加热使气流静温升高，Ma数增 大，但当 后，再对气流加热，Ma继续 增大，但静温开始下降。
第6.1节 热交换对气流参数的影响
6.1.4 换热管流的计算公式 总温比
第6.1节 热交换对气流参数的影响
6.1.2 换热对气流参数的影响 由于总温的变化可以直接反映热量交 换的大小和方向，因此给出气流各个参数 随总温的变化关系。
第6.1节 热交换对气流参数的影响
过Hale Waihona Puke 方程与Ma数的关系：当Ma<1 时， n<γ 当Ma>1时， n>γ 当Ma=1时， n＝γ
第6.1节 热交换对气流参数的影响
作业
速度比 密度比 温度比 压强比 总压比
第6.1节 热交换对气流参数的影响
换热管流函数表 将进口截面的参数和临界截面的参数 建立起关系，见表
第6.2节 换热壅塞
对于给定的气流起始速度系数，加热后的气流 速度系数由加热量唯一确定。加热量越大，加 热后气流的速度系数越接近1 当加热量达到某极大值，使加热后出口气流速 度系数等于1时的加热量叫临界加热量，对应的 出口气流总温叫临界总温Tcr
• 它不可能经过激波而变成亚音速 • 不可能维持超音速 • 也不可能维持音速 因此必在进口之前产生激波并发生溢流
第6.2节 换热壅塞
证明：不可能在管内产生激波
不可能在进口截面上产生激波：
加热量与进口气流Ma1数关系
结束
作业
1、空气无摩擦地流经内径为0.3米的圆管，在圆管进口处静 温为300K，静压为0.2MPa，马赫数为0.2，试计算： （1）流动壅塞所需最小传热量 （2）该状态下的静温、总温、静压、总压和速度 2、在等截面管内，燃料在空气中燃烧，空气流的Ma＝ 2.0，静温为263K，静压为0.08MPa，试计算总温的最 大可能增量以及相应的温度和总压。 3、有一个半热力喷管，1－1截面处的总温为289K，总压 2.0MPa，流速62.2米/秒，通过喷管的质量流量为 9Kg/s，按设计情况流入0.0103MPa的大气中，求所需 要的加热后的总温T2*，2－2截面处的速度、直径及3－3 截面处的流速、直径
2 qmax (1 − Ma 2） = * CpT （γ＋1 Ma 2 2 ）
第6.2节 换热壅塞
加热管流中，加热量一 定时，有一个最大的亚 音速λmax值，或最小超 音速λmin值,使出口速度 系数等于1 当λ1>λmax（亚音速） 或λ<λmin(超音速） 时，就要发生壅塞现象 对于给定进口速度系 数，有一个最大加热 量，当实际加热量大于 最大加热量时，也要发 生壅塞
第6.2节 换热壅塞
6.2.1 亚音速壅塞
对于给定进口速度系数，有一个最大加热量， 当实际加热量大于最大加热量时，必然使气流 总压损失增加，总温提高，管道出口气流速度 只能等于音速，因此质量流量必减小，使进口 处产生溢流
第6.2节 换热壅塞
6.2.2 超音速壅塞 进口速度系数给定时，实际加热量大于进 口速度系数对应的最大加热量时：
加热时，多变过程线在绝热线之上
• Ma<1时，n<γ，过程线位于定压线（n=0）和绝热 n< 线（n=γ)之间，是多变膨胀过程 • Ma>1时，n>γ，过程线位于定容线（n=∞）和绝热 n> 线（n=γ)之间，是多变压缩过程
放热时，多变过程线在绝热线之下
• Ma<1时，n<γ，过程线位于定压线（n=0）和绝热 n< 线（n=γ)之间，是多变压缩过程 • Ma>1时，n>γ，过程线位于定容线（n=∞）和绝热 n> 线（n=γ)之间，是多变膨胀过程 总结：亚音速的加热过程是膨胀过程，超音速的加热过程 是压缩过程；亚音速的放热过程是压缩过程，超音速的放 热过程是膨胀过程
2
第6.1节 热交换对气流参数的影响
讨论： 当Ma<1时：
• • • 若γMa2<1,则ds与dh同号，曲线斜率为正 若γMa2>1,则ds与dh异号，曲线斜率为负 加热使熵增加，放热使熵减小，气流参数沿瑞利线上 支变化
当Ma>1时,则ds与dh同号，曲线斜率为正，加热 熵亦增加，放热熵减小，气流参数沿瑞利线下支 变化； 当Ma=1时，ds＝0，s达到极大值，为临界点
第6.1节 热交换对气流参数的影响
半热力喷管：亚音速气流先在等截面加热管内加 热，使之达到音速，然后利用扩张管使气流达到 超音速
第6.1节 热交换对气流参数的影响
6.1.3 瑞利线 给定单位面积的冲量和密流下的等截面管流 的h-s曲线为瑞利线
ds γ 1 − Ma dh = ⋅ ⋅ 2 R γ − 1 1 − γMa h