滞止参数和界状态参一
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第五讲 气动函数及压力波一、 气流参数(一)滞止参数如果按照一定的过程将气流速度滞止到零,此时气流的参数就叫做滞止参数。
滞止状态的概念可以很形象地用图5-1来表示。
它是假想把某一点处的气流引入一个容积很大的贮气箱,使其速度滞止到零。
根据一元稳定绝能流动的能量方程式2211221122h v h v +=+ 可知气体的焓值随气流速度的减小而增大。
如果把气流由速度v 1=v (焓h 1=h )绝能地滞止到v 2=0,此时所对应的焓值h 2就称为滞止焓,用符号h *表示,则*212h h v =+如果研究的是定热比容的完全气体,h =c p T ,则式(9一22)可改p c v T T /212*+= (5-1) 式中 T *称为滞止温度,它是把气流速度绝能滞止到零时的温度。
将式(5—1)两边同除以T ,则有2*2221111/1/()12212p kR k v T T v c T v T k c -=+=+=+- 所以*211Ma 2k T T -=+(5-2) 前面得到了滞止温度与温度的比与Ma 数的关系式,下面我们来推导一下其它滞止参数的表达式。
完全气体的状态方程和滞止状态的状态方程可表示为p =ρRT 和p *=ρRT * ,两者相除则有***()()p p ρρT T =。
(a ) 对等熵流动有p */ ρ*k =常数,p / ρk =常数,两者相比,则有**()k p p ρρ=。
(b ) 由式(a )和(b )可得图5-1 滞止参数模型**2111()(1Ma )2k kk k k p p T T ---==+ (5-3)11**2111()(1Ma )2k k k ρρT T ---==+ (5-4)由式(9-2、3、4)可知,气流参数与其滞止参数的比值只是气流Ma 数的函数。
这种函数关系是分析和计算气体流动的基础,在气体动力学中占有非常重要地位。
这里应强调的是,在气体动力学中,引进滞止状态的概念是把它作为一个参考状态。
密度:单位体积流体的质量比容:密度的倒数连续介质模型:忽视流体微观结构的分散性,将流体看作内部并不存在空隙的连续介质。
只用始末两态的平均密度或平均比容来考虑实际膨胀程度的影响。
T= -μ du/ dy*F或τ=T/F= -μ*du/dy 其中du/dy 为层流间的速度梯度,F为层流间接触面积,比例系数μ称为该流体的黏度系数,负号表切应力方向,研究上层流体对下层流体的切应力,此时速度荼毒为正,但下层对上层流体切引力阻碍作用,故为负。
形能力。
运动黏度:v=u/p v值越大,随分子扩散而发生的动量传递越激烈,切应力越大,阻碍越大,流体的流动性越差。
黏性力(流体切应力):一切真实流体中,由于分子的扩散或分子间相互吸引的影响,使不同流速的流体之间有动量交换发生,因此,在流体内部两流层的接触面上产生内摩擦力。
这种力与作用面平行。
气体的静压p=2/3*n0*mu2/2 m—气体分子质量u—气体分子方均根速度u0-单位气体内分子数目相对压力:超出大气压力的压力,又称表压p表=p地-p大气静压头:单位体积气体的静压能,某水平面上的相对压力或表压。
V=Q/p)的每一有效截面上不同地点的流速不相同,越靠近边界层流速越小,边界表面上流速为零。
稳定流动:液体流动时,若任一截面的流速、流量与压力等参数都不随时间变化,只与空间位置有关。
再受固体界面的约束,凭着出口时所具有的动量和惯性,在自由空间不断卷吸周围的气体介质,从而形成逐渐扩展的喷流流股。
体质点间开始迅速搅混,相互交叉,并形成很小的旋窝群,且上下窜动,十分紊乱的流态当Re《Rec(紊变层)时,流动为层流当Re》Rec‘(层变紊)时,流动为紊流Rec‘时,属于不稳定过渡流Re小表明粘性力大惯性力较小,即前者起主导作用即使流动收到偶然干扰,可在粘性力的阻滞作用下,及时使干扰衰减下来,这时流动易保持为层流状态,相反Re较大,惯性力起主导作用,一旦流动受到干扰,将因粘性力小而得不到抑制成为紊流。
▲连续介质模型:将流体作为无穷多稠密、没有间隙的流体质点构成的连续介质▲压缩性质和膨胀性质:流体在一定的温度下压强增大,体积减小;压强一定,温度变化,体积相应变化。
所有流体都具有这种特性。
▲流体黏性:流体流动时产生的内摩擦力的性质,是物体固有属性,但只有在运动状态下才能显现。
▲影响粘性的因素:①压强:压强改变对气体和液体的粘性的影响有所不同。
由于压强变化,对分子的动量交换影响非常小,所以气体的粘性随压强的变化很小。
压强增大时对分子的间距影响明显,故液体的粘性受压强变化的影响较气体大。
②温度:温度升高时气体的分子热运动加剧,气体的粘性增大,分子距增大对气体粘性的影响可以忽略不计。
对于液体,由于温度升高体积膨胀,分子距增大,分子间的引力减小,故液体的粘性随温度的升高而减小。
而液体温度升高引起的液体分子热运动的变化对粘性的影响可以忽略不计。
▲理想流体:为了处理工程实际问题方便起见建立一个没有黏性的理想流体模型,即把假想没有黏性的流体作为理想流体。
▲牛顿流体:剪切应力和流体微团角变形速度成正比的流体即符合牛顿内摩擦定律的流体▲非牛顿流体:剪切应力和角变形之间不符合牛顿内摩擦定律的流体称为非牛顿流体▲表面张力:自由液体分子间引力引起的,其作用结果使得液面好像一张紧的弹性膜▲毛细现象:由于内聚力和附着力的差别使得微笑间隙的液面上升和下降的现象▲绝对压强:以绝对真空为基准度量的压强▲相对压强/计示压强:以大气压为基准的度量▲真空:当被测流体的绝对压强低于大气压时,测得的计示压强为负值,负的表压强▲流体静压强:当流体处于平衡或相对平衡状态时,作用在流体上的应力只有法向应力而没有切向应力;此时,流体作用面上的法向应力就是静压强p,(单位Pa)▲流体静压强特性:①流体静压强的作用方向沿作用面的内法线方向。
②静止流体中任一点的流体静压强和作用面在空间的方位无关,只是坐标点的连续可微函数。
▲欧拉平衡方程物理意义:在静止流体内部的任一点上,作用在单位质量流体上的质量力和流体静压强相平衡。
1.粘性:是流体阻止其发生剪切变形和角变形的一种特性,是流体固有的属性,是由于流体分子之间的内聚力和分子热运动造成的流体层之间的动量交换而形成的。
2.牛顿内摩擦定律的物理意义:流体内摩擦力的大小与流体的性质有关,与流体的速度梯度和接触面成正比。
3.流体的粘性系数随温度的变化:流体的粘性取决于分子间的内聚力和分子的热运动。
气体分子间距离大,内聚力较小,但分子运动较剧烈,粘性主要来自分子热运动造成流体层之间分子的质量和动量的交换。
当温度升高时,分子热运动加剧,速度不同的相邻气体层之间的分子质量和动量交换加剧,所以粘性增大。
液体则相反,其粘性主要取决于内聚力。
温度升高时,液体分子间距增大,液体内聚力减少,因而粘度降低。
4.牛顿流体:当压力和温度一定时,流体的内摩擦应力与速度梯度成正比,且比例系数为常数,这种满足牛顿内摩擦定律的流体为牛顿流体,反之为非牛顿流体。
5.理想流体:就是没有粘性的流体。
实际流体与理想流体的重要区别就是与固壁接触时流体的速度。
对于实际流体,紧贴固壁的流体速度为零,此即“无滑移条件”.第二章流体静力学1.表面力:是指作用在所研究的流体表面上的力。
质量力:是指作用在流体内部每一个流体质点上的力,其大小与流体的质量成正比。
2.等压面:在静止流体中,静压强相等的各点所组成的面成为等压面。
等压面的特性:1)等压面就是等势面。
2)在平衡流体中,通过某一点的等压面必与该点所受的质量力互相垂直。
3)两种密度相混的流体处于平衡时,他们的分界面必是等压面。
第三章流体动力学1.体系:决定流体流动过程的基本定律与一个固定的、可以识别的物质集合有关,这一物质集合被称之为体系。
既没有物质进入也没有物质离开,在它之外的一切都称之为外界或环境,体系的形状随着时间和所在空间位置不同可能发生变化。
2.控制体:是一个流体可以流过的虚构的、固定的空间。
控制体外表面称为控制面。
流体总是通过控制面流进或流出控制体。
3.稳定流动:若流场中所有空间点上的各流动参数不随时间变化,又称定常流动。