《气体动力学》课件-绪论

气体动力学（2）第一章绪论北航能源与动力工程学院2019.09,第一章绪论,1.1气体动力学涵义1.2研究对象、学习的范围1.3气体动力学发展简史1.4一维气体动力学研究的特点,问题思考,为何汽车在西藏行驶更为吃力？为何无人机飞行高度越高越困难？高速列车隧道有何讲究？Mask设想的超高速列车为何在抽真空隧道运行？飞船、飞机（翼型）与潜艇、汽车（跑车）的外形有何不同，低速飞行器与高速飞行器外形又有何不同，为什么？为什么“协和”飞机在大陆不能超声速飞行？高超声速飞行的难点？氢弹如何实现大规模的打击效果？,属于经典的牛顿力学体系，是理论力学向流体、气体的自然发展。,1.1气体动力学的涵义,可压缩流压力改变是否引起密度改变，是否考虑压缩性影响流动参数突跃改变壅塞流动,1.2研究对象、学习的范围,流体力学一个分支，在连续介质假设下，研究与热力学现象相关的气体运动规律及其与相对运动物体之间的相互作用。气体低速流动时属不可压缩流动，热力状态变化可忽略；而高速流动时气体压缩效应不能忽略，热力状态发生明显改变，气体运动将同时满足流体力学和热力学的定律。流体力学和热力学的紧密结合，形成了气体动力学。,1.2研究对象、学习的范围,气动是在经典流体力学的基础上，结合热力学和化学动力学发展起来（气动热力学），可分为,在连续介质的假设下，研究可压缩、有加热、加功效应的气体介质运动规律，和气体与固体之间的相互作用力的学科。,1.2研究对象、学习的范围,工业领域空气、蒸汽、氮气（稀薄气体）航空航天领域飞行器设计、动力装置设计爆炸力学、天文学自然界物理现象,1.2研究对象、学习的范围,航空涡轮发动机中的气体动力学,航空叶轮机气体动力学1,2,3维,1.2研究对象、学习的范围,航空冲压发动机中的气体动力学,1.2研究对象、学习的范围,1687，1759，1816，牛顿，欧拉，拉普拉斯分别尝试计算音速1755，欧拉(瑞士)建成无粘性流体力学欧拉方程组，连续性假设1839，1855，圣维南(法)等给出气体通过小孔时速度计算公式1845，Navier(法)和Stokes(英)建立流体力学不可压N-S方程组,基础研究,166xGalileoGalilei认识声速和光速差别1500LeonardoDaVinci,发现声音以波的形式传播1640MarinMersenne首次测量声音在空气中的传播速度1660RobertBoyle发现声音传播必须有介质1687Newton推导声速关系式；Maxwell推导声速关系式,声速,1.3气体动力学发展简史,第一阶段：气体动力学基础阶段,工程应用背景：蒸汽机和爆炸技术,1.3气体动力学发展简史,第二阶段：可压缩流体动力学发展阶段,1.3气体动力学发展简史,1935年召开“航空中的高速流动问题”学术大会，表明流体力学先驱者对高速问题的关注和重视。之后，由于以喷气飞机、涡轮喷气发动机、火箭发动机等为背景的工程问题发展的需求，将空气动力学与热力学相结合，这个时期为气体热力学的发展阶段，其特点是在完全气体假设下的气体动力学理论和实验逐渐成熟,第三阶段：气体热力学发展阶段（20世纪30年代中50年代末）,1930-40年代，卡门Karman（美籍匈），钱学森（中）的机翼升力面理论，机翼非定常流理论，非线性小扰动方法，跨音速机翼理论，高超音速气动加热理论，板壳屈曲理论,二战时期，亚音速螺旋桨飞机飞到Mach0.5-0.7发展的需求1950年吴仲华导出了扭曲相对流面上的气动方程组，各类叶轮机气动设计与分析问题的通用理论，是内流重大发展，至今重要,1.3气体动力学发展简史,为了解决航天飞行器、高速飞行器的气动力和气动热问题，解决高温流动问题，必须将化学热力学、空气动力学、化学动力学及统计物理学等相结合。其研究背景为空间技术和战略武器。目前高超声速飞行器的研究仍然是世界各国研究的热点，带动了气体动力学向理论、实验、数值计算的深度、精度、广度进军1990-2010年代，美国，欧盟，飞往、登陆火星、土星卫星的星际飞行（稀薄大气与真空）和行星大气的气体动力学,第四阶段：气体热化学和CFD发展阶段（20世纪50年代末至今）,1.3气体动力学发展简史,多维气体