气体动力学

目录
前言
第1章 流体属性及流体静力学 1
1.1 连续介质假设 1
1.1.1 连续介质假设的提出和使用条件 1
1.1.2 连续介质中一点处的密度 2
1.2 流体的基本性质 3
1.2.1 气体的热力学性质 3
1.2.2 流体的压缩性和膨胀性 4
1.2.3 流体的黏性 5
1.3 作用在流体上的力 8
1.3.1 质量力和表面力 8
1.3.2 流体静压强及其特性 8
1.4 流体静平衡微分方程及其积分 10
1.4.1 流体静平衡微分方程 10
1.4.2 重力场中流体静平衡微分方程的积分 12
1.4.3 国际标准大气 13
*趣味气体动力学1——舰船摩擦阻力的由来 15
思考题一15
习题一 15
第2章 流体运动的基本概念和基本方程 17
2.1 描述流体运动的方法和基本概念 17
2.1.1 描述流体运动的方法 17
2.1.2 流体运动的分类 20
2.1.3 迹线、流线、流管和流面 21
2.2 系统和控制体 24
2.3 雷诺输运定理 25
2.4 连续方程 26
2.4.1 适用于所有流动的一般形式的连续方程 26
2.4.2 一维定常流动的连续方程 27
2.5 动量方程 30
2.5.1 适用于所有流动的积分形式的动量方程 31
2.5.2 适用于所有流动的微分形式的动量方程 31
2.5.3 一维定常流动的积分形式的动量方程 33
2.5.4 一维定常流动的微分形式的动量方程 35
2.6 动量矩方程 37
2.6.1 适用于所有流动的一般形式的动量矩方程 37
2.6.2 直角坐标系下一维定常流动的动量矩方程 38
2.6.3 柱坐标系中对z轴的一维定常流动的动量矩方程 38
2.7 伯努利方程 39
2.7.1 一般形式的伯努利方程 40
2.7.2 特殊情况下的伯努利方程 40
2.7.3 伯努利方程的应用 42
2.8 能量方程 45
2.8.1 适用于所有流动的一般形式的能量方程 45
2.8.2 一维定常流动的能量方程 47
2.8.3 特殊情况下的能量方程 48
*趣味气体动力学2——是谁破坏了船用螺旋桨？ 50
思考题二 50
习题二 51
第3章 重要的气流参数和气体动力学函数 53
3.1 声速和马赫数 53
3.1.1 声速 53
3.1.2 马赫数 55
3.2 滞止参数 56
3.2.1 滞止参数的概念 57
3.2.2 滞止参数的变化规律 58
3.2.3 滞止参数的使用说明 59
3.3 几个重要的气流参数 60
3.3.1 极限速度 60
3.3.2 临界参数 60
3.3.3 速度系数 61
3.4 气体动力学函数 63
3.4.1 τ函数、π函数和ε函数 63
3.4.2 流量函数 64
3.4.3 冲量函数 67
*趣味气体动力学3——夏天，两楼之间的通道里为何凉快？ 68
*趣味气体动力学4——简易淋浴器的工作原理 68
思考题三 69
习题三 69
第4章 膨胀波 70
4.1 微弱扰动在气流中的传播 70
4.1.1 微弱扰动在气流中的传播规律 70
4.1.2 微弱扰动对二维超声速流动的影响 73
4.2 膨胀波的形成和特点 74
4.3 微弱压缩波的形成和特点 76
4.4 膨胀波和微弱压缩波的计算 77
4.4.1 膨胀波和微弱压缩波的计算公式 77
4.4.2 膨胀波和微弱压缩波的计算步骤 79
4.5 膨胀波的反射和相交 81
4.5.1 连续的膨胀波系的近似表示 81
4.5.2 膨胀波在固体壁面上的反射 82
4.5.3 膨胀波在自由边界上的反射 82
4.5.4 膨胀波的相交 83
*趣味气体动力学5——汽车速度与微弱扰动的传播 84
思考题四 85
习题四 85
第5章 激波 86
5.1 激波简介 86
5.1.1 激波的特点 86
5.1.2 激波的分类 86
5.2 IE激波 87
5.2.1 正激波的形成 87
5.2.2 正激波前后气流参数间的关系 88
5.2.3 激波稳定条件的分析 90
5.2.4 正激波的几个重要性质 91
5.3 斜激波 92
5.3.1 斜激波的形成 92
5.3.2 斜激波前后气流参数间的关系 93
5.3.3 斜激波图线的分析 95
5.4 激波阻力 99
5.5 激波的反射和相交 101
5.5.1 激波在固体壁面上的反射 101
5.5.2 激波在自由边界上的反射 102
5.5.3 激波的相交 103
5.6 锥面激波 104
5.6.1 锥面激波的形成和特点 104
5.6.2 锥面激波的求解步骤 107
*趣味气体动力学6——激波阻力 108
思考题五 108
习题五 108
第6章 一维定常管内气体流动 110
6.1 变截面管流 110
6.1.1 截面变化对气流参数的影响 110
6.1.2 收缩喷管 113
6.1.3 拉瓦尔喷管 118
6.2 等截面摩擦管流 124
6.2.1 摩擦对气流参数的影响 124
6.2.2 摩擦管流的计算 127
6.2.3 摩擦壅塞 130
6.2.4 反压对摩擦管流的影响 133
6.3 换热管流 136
6.3.1 热量交换对管内气流参数的影响 136
6.3.2 换热管流的计算 139
6.3.3 加热壅塞 140
6.4 变流量管流 142
6.4.1 流量变化对气流参数的影响 142
6.4.2 附加流量垂直于主流的情况 144
*趣味气体动力学7——热阻 145
思考题六 146
习题六 146
第7章 黏性流体流动的基本知识 148
7.1 黏性流体的流动状态 148
7.1.1 雷诺实验 148
7.1.2 流动状态的判别方法 149
7.1.3 雷诺数的物理意义 150
7.2 管内流体流动的速度分布 151
7.2.1 充分发展的流动 151
7.2.2 充分发展的层流流动的速度分布 151
7.2.3 充分发展的湍流流动的速度分布 152
7.3 水头损失的概念和计算 154
7.3.1 沿程损失的概念和计算 154
7.3.2 局部损失的概念和计算 155
7.4 简单管路和复杂管路 157
7.4.1 简单管路 157
7.4.2 复杂管路 158
7.5 边界层的知识 160
7.5.1 边界层的概念和特点 161
7.5.2 平板边界层的求解 163
7.5.3 压差阻力与边界层分离 167
7.5.4 边界层与激波的相互干扰 170
*趣味气体动力学8——血压计的工作原理 171
思考题七 171
习题七 172
第8章 不可压平面势流 173
8.1 旋涡流动 173
8.1.1 涡量和速度环量 173
8.1.2 涡线和诱导速度 174
8.2 无旋不可压流的控制方程 175
8.2.1 速度势 175
8.2.2 拉普拉斯方程 176
8.2.3 流函数 176
8.3 二维不可压势流基本解 177
8.3.1 直匀流 178
8.3.2 点源和点汇 178
8.3.3 偶极子 179
8.3.4 点涡 181
8.4 简单流动的叠加 181
8.4.1 直匀流和点源的叠加 181
8.4.2 直匀流和偶极子的叠加 182
8.4.3 直匀流、偶极子、点涡的叠加 186
思考题八 189
习题八 190
第9章 低速机翼理论基础 191
9.1 机翼的几何参数 191
9.1.1 翼型的几何参数 191
9.1.2 机翼的平面形状与翼型沿展向的配置 193
9.2 翼型的低速气动特性 194
9.2.1 升力产生的原理 194
9.2.2 升力特性 198
9.2.3 力矩特性 200
9.2.4 阻力特性和极曲线 201
9.3 有限翼展机翼的低速气动特性 202
9.3.1 大展弦比直机翼的低速气动特性 202
9.3.2 后掠翼的低速气动特性 208
9.3.3 三角翼的低速气动特性 211
*趣味气体动力学9——雁群“人字形”飞行的奥秘 213
思考题九 214
习题九 214
第10章 高速机翼气动特性 216
10.1 亚声速机翼的气动特性 216
10.1.1 压缩性对翼型表面压强分布的影响 216
10.1.2 翼型和机翼的亚声速气动特性分析和估算 217
10.2 跨声速机翼的气动特性 219
10.2.1 跨声速翼型的气动特性 219
10.2.2 跨声速机翼气动特性分析 223
10.3 超声速机翼的气动特性 224
10.3.1 超声速翼型的气动特性 224
10.3.2 超声速三维翼的气动特性 227
10.4 高超声速机翼气动特性 230
10.4.1 高超声速绕流流谱 230
10.4.2 牛顿理论 231
10.4.3 高超声速机翼的升阻力特性 233
*趣味气体动力学10——声障和热障 235
思考题十 235
习题十 235
参考文献 237
附录 气体动力学数值表 238