第八章-气体动力学基础课件.ppt
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1、第八章第八章 气体动力学基础气体动力学基础 真实流体均具有一定的可压缩性,在流场中压差或密度变真实流体均具有一定的可压缩性,在流场中压差或密度变化很小时,作为一种近似,可以当成不可压缩流体来处理。化很小时,作为一种近似,可以当成不可压缩流体来处理。但是,当流场中流体的运动速度很高,压差或密度变化显但是,当流场中流体的运动速度很高,压差或密度变化显著时,就必须考虑压缩性对流动的影响。在可压缩流动中,温著时,就必须考虑压缩性对流动的影响。在可压缩流动中,温度是一个很重要的参数,因此,度是一个很重要的参数,因此,气体动力学气体动力学与工程热力学关系与工程热力学关系密切。密切。气体动力学气体动力学就是
2、研究可压缩流体的流动规律及其在工程中就是研究可压缩流体的流动规律及其在工程中应用的科学。应用的科学。在可压缩流体中,压力扰动的传播要一定的时间,但在不在可压缩流体中,压力扰动的传播要一定的时间,但在不可压缩流体中是在瞬间完成的,这就是可压缩流体与不可压缩可压缩流体中是在瞬间完成的,这就是可压缩流体与不可压缩液体的本质区别。液体的本质区别。第八章第八章 气体动力学基础气体动力学基础 第一节基本概念第一节基本概念第二节声速及压力扰动的传播第二节声速及压力扰动的传播第三节理想气体的一元等熵流动第三节理想气体的一元等熵流动第四节冲波第四节冲波第一节第一节 基本概念基本概念一、一、热力学系统及热力学状态
3、热力学系统及热力学状态1.热力学系统热力学系统在分析热力学问题时,选取某些确定的物质或某在分析热力学问题时,选取某些确定的物质或某个确定空间中的物质作为研究对象,并称它为个确定空间中的物质作为研究对象,并称它为热力学热力学系统,简称系统。系统,简称系统。与热力学系统有关的周围物体称为与热力学系统有关的周围物体称为外界外界。第一节第一节 基本概念基本概念2、热力学状态、热力学状态在某一指定的瞬间,热力学系统所处的状态,称之为在某一指定的瞬间,热力学系统所处的状态,称之为热力学状态,简称状态,它是系统所具有的物理特性的总热力学状态,简称状态,它是系统所具有的物理特性的总的表现。的表现。第一节第一节
4、 基本概念基本概念二、状态参数二、状态参数状态参数状态参数是指热力系全部宏观性质的集合。而从各个是指热力系全部宏观性质的集合。而从各个不同方面描写这种宏观状态的物理量就是不同方面描写这种宏观状态的物理量就是状态参数状态参数。状态参数由热力系的状态确定,而与达到该状态的变状态参数由热力系的状态确定,而与达到该状态的变化路径无关。化路径无关。热工学中常用的状态参数:热工学中常用的状态参数:压力、密度、温度、内能、压力、密度、温度、内能、焓和熵。焓和熵。1.温度温度T(K)温度是描述物体冷热程度的一个状态参数。从分温度是描述物体冷热程度的一个状态参数。从分子运动论的观点看,温度标志大量分子热运动的强
5、烈子运动论的观点看,温度标志大量分子热运动的强烈程度。程度。第一节第一节 基本概念基本概念2.内能内能内能内能是指组成热力系的大量微观粒子本身所具有是指组成热力系的大量微观粒子本身所具有的能量(它不包括热力系宏观运动的能量和外部场作的能量(它不包括热力系宏观运动的能量和外部场作用的能量)。在工程热力学中用的能量)。在工程热力学中内能(内能(E)分子动能()分子动能(Ek)+分子力所形成的势能(分子力所形成的势能(Ep)单位质量物质的内能称为单位质量物质的内能称为比内能比内能(有时将比内能(有时将比内能简称为内能),即有简称为内能),即有第一节第一节 基本概念基本概念3.焓焓焓焓是一个组合的状态
6、参数,即是一个组合的状态参数,即H=E+pVJ单位质量物质的单位质量物质的焓焓称为称为比焓比焓(有时也将比焓简称(有时也将比焓简称为焓),即有为焓),即有h=H/m=e+p/J/kg第一节第一节 基本概念基本概念4.熵熵若从外界向一个系统加热,加入到系统中的热量若从外界向一个系统加热,加入到系统中的热量并不是一个状态参数,因为加入的热量与加热的过程并不是一个状态参数,因为加入的热量与加热的过程有关。有关。例如,保持气体的容积不变加入的热量全部成为例如,保持气体的容积不变加入的热量全部成为气体内能的增量,最后表现为温度的升高。若保持气气体内能的增量,最后表现为温度的升高。若保持气体的压力不变测加
7、入热量一部分成为内能,另一部分体的压力不变测加入热量一部分成为内能,另一部分为气体的膨胀功。所以要加热到同样的温度,显然定为气体的膨胀功。所以要加热到同样的温度,显然定压下加入的热量比较多。因而热量并不是状态参数,压下加入的热量比较多。因而热量并不是状态参数,但是热量增量与温度之比却是一个状态参数,称为但是热量增量与温度之比却是一个状态参数,称为熵。熵。第一节第一节 基本概念基本概念三、气体的状态方程三、气体的状态方程状态参数之间的关系称为状态参数之间的关系称为状态方程。状态方程。一般情况下,一般情况下,完全气体完全气体的状态方程可由压强的状态方程可由压强p、温、温度度T和密度和密度表示,其形
8、式为表示,其形式为第一节第一节 基本概念基本概念四、比热容四、比热容单位质量的气体,温度升高(或降低)单位质量的气体,温度升高(或降低)1所需加所需加入(或放出)的热量称为气体的入(或放出)的热量称为气体的比热容比热容,用符号,用符号c表示。表示。比热容的单位是比热容的单位是J/(kgK)。)。在容积不变时比热容,称为在容积不变时比热容,称为比定容热容比定容热容,用,用cv表示。表示。在压强不变时比热容,称为在压强不变时比热容,称为比定压热容比定压热容,用,用cp表示。表示。第一节第一节 基本概念基本概念四、热量四、热量热量是热力系和外界之间由于温度不同而通过边界热量是热力系和外界之间由于温度
9、不同而通过边界传递的能量。热量是一个过程量,用传递的能量。热量是一个过程量,用Q来表示,单位是来表示,单位是焦耳(焦耳(J)。对应于单位质量物质的热量用)。对应于单位质量物质的热量用q表示,单位表示,单位是是J/kg,常规定,系统吸热时热量为正,系统放热时热,常规定,系统吸热时热量为正,系统放热时热量为负。量为负。对无耗的准定容过程,有对无耗的准定容过程,有对无耗的准定压过程,有对无耗的准定压过程,有第一节第一节 基本概念基本概念五、功五、功在热力过程中,热力系统和外界间通过边界而传在热力过程中,热力系统和外界间通过边界而传递能量,若它的全部效果可表现为使物体改变宏观运递能量,若它的全部效果可
10、表现为使物体改变宏观运动的状态,则这种传递的能量称为动的状态,则这种传递的能量称为功,单位是功,单位是J。系统系统对外做功为正,反之为负。对外做功为正,反之为负。v单位质量物质的体积。对无耗散的准静态过程,有第一节第一节 基本概念基本概念六、热力学第一定律六、热力学第一定律对静止封闭的系统,有对静止封闭的系统,有 QE+W对单位工质有对单位工质有q=e+wq=de+wqwe第一节第一节 基本概念基本概念七、热力学过程七、热力学过程1.定容过程定容过程v=常数常数q=de+w=de+pdvcvdT=de2.定压过程定压过程p=常数常数q=de+w=de+pdv=de+d(pv)-vdp=d(e+
11、pv)cpdT=dh3.定熵过程定熵过程s=常数常数pvk=常数常数第二节第二节 声速及压力扰动的传播声速及压力扰动的传播一、声速微弱扰动压力波的波阵面xa设过程是等熵的,设过程是等熵的,则则p/k=常数,又有常数,又有状态方程状态方程p=RT第二节第二节 声速及压力扰动的传播声速及压力扰动的传播一、声速声速就是微弱扰动在气体中的传播速度,这已为实验所证实。在空气中k=1.4,R287.1 m2/(s2k)二、压力扰动在空气中的传播1.马赫数 Ma气体的速度气体的速度当地声速当地声速第二节第二节 声速及压力扰动的传播声速及压力扰动的传播Ma1不可不可压缩压缩流流动动;Ma1亚亚音速流音速流动动
12、;Ma=1等音速流等音速流动动或或临临界流界流动动;Ma1超音速流超音速流动动。二、压力扰动在空气中的传播1.马赫数 Ma第二节第二节 声速及压力扰动的传播声速及压力扰动的传播2.2.压力扰动在空气中的传播压力扰动在空气中的传播微弱扰动源是点源,位于微弱扰动源是点源,位于OO点,扰动源的运动速度是点,扰动源的运动速度是0 0。这。这时微弱扰动波的波阵面是球面,扰动源始终在扰动区内。时微弱扰动波的波阵面是球面,扰动源始终在扰动区内。t=0时的扰动波,在t=3时刻的波阵面t=1时的扰动波,在t=3时刻的波阵面t=2时的扰动波,在t=3时刻的波阵面第二节第二节 声速及压力扰动的传播声速及压力扰动的传
13、播2.2.压力扰动在空气中的传播压力扰动在空气中的传播t=1时的扰动波,在t=4时刻的波阵面t=2时的扰动波,在t=4时刻的波阵面t=3时的扰动波,在t=4时刻的波阵面微弱扰动源是点源,位于微弱扰动源是点源,位于O点,扰动源从左向右运动,速点,扰动源从左向右运动,速度是度是v010超声速流在超声速流在收缩段减速收缩段减速1010亚声速流在亚声速流在收缩段加速收缩段加速00说明说明dAMadv第三节第三节理想气体的一元定常等熵流理想气体的一元定常等熵流四、四、气流速度与管道断面的关系气流速度与管道断面的关系当当p1p2,亚声速气,亚声速气体流经缩放喷管时,气流体流经缩放喷管时,气流速度不断增加,
14、且在喉部速度不断增加,且在喉部达到临界状态。这时当达到临界状态。这时当p2进一步降低,喉部的速度进一步降低,喉部的速度也不会再增加,这种现象也不会再增加,这种现象称为雍塞。这时通过缩放称为雍塞。这时通过缩放喷管的质量流量达到最大。喷管的质量流量达到最大。第四节冲波第四节冲波一、冲波的概念一、冲波的概念当超声速气流流过大的障碍(如超声速飞机、炮弹和火箭当超声速气流流过大的障碍(如超声速飞机、炮弹和火箭等在空中飞行),气流在障碍物前受到急剧的压缩,压力、密等在空中飞行),气流在障碍物前受到急剧的压缩,压力、密度突然显著地增加。这时所产生的压力扰动波将以比声速大得度突然显著地增加。这时所产生的压力扰
15、动波将以比声速大得会的速度传播开来,所到之处气流各参数将发生突然的变化。会的速度传播开来,所到之处气流各参数将发生突然的变化。这种强压力扰动波称为这种强压力扰动波称为冲波或激波。冲波或激波。冲波是在超声速流动中出现的一种特殊的现象。气流通过冲波是在超声速流动中出现的一种特殊的现象。气流通过冲波时速度突然下降,而压力、密度和温度突然增加。冲波时速度突然下降,而压力、密度和温度突然增加。例如,我们听到的超声速飞机的声音,就是由于有一个密例如,我们听到的超声速飞机的声音,就是由于有一个密度很大的空气层(即冲波)掠过我们的耳朵。度很大的空气层(即冲波)掠过我们的耳朵。原子弹爆炸后产生的气浪,强烈扰动的
16、冲波,它可把建筑原子弹爆炸后产生的气浪,强烈扰动的冲波,它可把建筑物震塌冲倒。物震塌冲倒。第四节冲波第四节冲波一、冲波的概念一、冲波的概念第四节冲波第四节冲波二、正冲波的形成和传播速度二、正冲波的形成和传播速度假设活塞向右作突然加速运假设活塞向右作突然加速运动,迅速移动一段距离,达到速动,迅速移动一段距离,达到速度度v v,然后作等速运动。,然后作等速运动。为了分析方便起见,我们假为了分析方便起见,我们假定以一系列经过相等的无穷小时定以一系列经过相等的无穷小时间间隔的瞬时微小加速来近似地间间隔的瞬时微小加速来近似地代替活塞的突然加速,而且在每代替活塞的突然加速,而且在每两个瞬时微小加速之间活塞
17、等速两个瞬时微小加速之间活塞等速运动。运动。且设每加速一个且设每加速一个dvdv,发出,发出一微弱压力波。一微弱压力波。压力波的波阵面压力波的波阵面第四节冲波第四节冲波二、正冲波的形成二、正冲波的形成第四节冲波第四节冲波三、正冲波的速度三、正冲波的速度第四节冲波第四节冲波四四、激激波波前前后后气气流流参参数数之之间间的的关关系系激波压缩等熵压缩第四节冲波第四节冲波例例设长管中静止空气的参数设长管中静止空气的参数p1=1.013105Pa(绝对绝对),T1=288K,k=1.4。用活塞压缩气体以产生激波,波后。用活塞压缩气体以产生激波,波后的压强的压强p2=1.1143105Pa(绝对绝对)。求
18、。求2、T2、a2以及以及vs、vg。波前波前波后波后压力压力1.013105压力压力1.1143105Pa温度温度288温度温度296.0密度密度1.226密度密度1.312声速声速340.2+0声速声速344.9+23.26vs=355.6,vg=23.2611醉翁亭记醉翁亭记1反复朗读并背诵课文,培养文言语感。反复朗读并背诵课文,培养文言语感。2结合注释疏通文义,了解文本内容,掌握文本写作思路。结合注释疏通文义,了解文本内容,掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色,理解虚词在文中的作用。把握文章的艺术特色,理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情,理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹
19、因参与改革被贬,于庆历六年写下岳阳楼记,寄托自己体会作者的思想感情,理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬,于庆历六年写下岳阳楼记,寄托自己“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的政治理想。实际上,这次改革,受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外,还有范仲淹改革的另一位支持者的政治理想。实际上,这次改革,受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外,还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州,也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间,欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州,也就是今
20、天的安徽省滁州市。也是在此期间,欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧!【教学提示】结合前文教学,有利于学生把握本文写作背景,进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧!【教学提示】结合前文教学,有利于学生把握本文写作背景,进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一:认识作者,了解作品背景作者简介:欧阳修课目标导学一:认识作者,了解作品背景作者简介:欧阳修(10071072),字永叔,自号醉翁,晚年又号,字永叔,自号醉翁,晚年又号“六一居士六一居士”。吉州永丰。吉州永丰(今属江西今属江西)人,因
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