1气体力学分析

气体单位体积分子数和单位时间碰撞单位面积容器壁的分子数一样吗？气体对容器壁的压强是由气体分子在做热运动时，频繁的碰撞容器壁对容器壁产生压力而形成的。

微观上，影响气体压强的有两个因素：单位时间碰撞单位面积容器壁的分子数和单个分子的撞击力。

很多同学在理解影响气体压强的因素的时候，常常出现这样的误解，认为气体单位体积分子数和单位时间碰撞单位面积容器壁的分子数是相同的，实际上，这两个量是有区别的。

从力学上分析气体压强，设单位时间碰撞单位面积容器壁分子数（N），由于每个分子运动速率不同，可以取分子撞击容器壁的平均力作为单个分子每次碰撞器壁的冲击力（F0），气体压强可表示为P= ，取单位面积即S=1时P=NF0。

所以气体压强的大小由这两个因素共同决定。

单位体积分子数（n）也叫分子密度，数值上等于分子总数除以气体体积，当气体质量不变时，气体单位体积内分子数在宏观上仅仅由气体体积决定。

如果气体质量不变，那么气体分子总数不变，气体体积减小，单位体积分子数增大。

而单位时间碰撞单位面积容器壁分子数（N）则由单位体积内分子数和分子运动剧烈程度共同决定。

当一定质量的气体温度不变时，分子运动剧烈程度不变，平均速率不变，气体体积减小时，单位体积分子数变大，则导致单位时间碰撞单位面积容器壁分子数变大，气体压强变大。

当一定质量的气体体积不变时，单位体积分子数不变，温度升高，分子运动加剧，平均速率变大，由于容器空间体积不变，分子两次碰撞容器壁的时间间隔变短，导致单位时间内碰撞器壁分子数（N）变大，气体压强变大。

从这里可以知道位时间碰撞单位面积容器壁分子数（N）在宏观上由体积和温度共同决定。

从以上分析和气体的压强大小P=NF0来看，单次冲击力F0由气体温度决定，温度越高，气体分子每次撞击容器壁的作用力就越大。

单位时间碰撞单位面积容器壁分子数N则由气体体积和温度共同决定，单位体积分子数n仅仅是影响N 的其中一个因素。

因此，气体压强在宏观上与气体体积和温度有关，在微观上与单位体积内分子数和分子运动剧烈程度有关，气体压强P的大小分别由两组量共同决定。

⽓体热⼒学性质第⼆章⽓体热⼒学性质第⼀节理想⽓体的性质⼀、理想⽓体：1、假设：①⽓体分⼦是弹性的、不占据体积的特点；②⽓体分⼦间没有相互作⽤⼒。

对于⽓体分⼦的体积相对⽓体⽐容很⼩，分⼦间作⽤⼒相对于⽓体压⼒也很⼩时，可作为理想⽓体处理。

2、状态⽅程理想⽓体在任⼀平衡状态时的压⼒P 、温度T 、⽐容v 之间的关系应满⾜状态⽅程，即克拉佩龙⽅程 Pv= RTmkg 质量⽓体为： Pv=mRT=m 0R TR ⽓体常数，反映⽓体特征的物理量，和⽓体所处状态⽆关；n 物质的量（千克数或摩尔数）；0R 通⽤⽓体常数，与⽓体状态、其他性质⽆关的普适恒量；K Kmol J R R ?==/8314150µP V C C ,分别表⽰定压⽐容及定容⽐容，对于理想⽓体，他们仅是温度的单值函数，P V C C > 其 R C C P V =- ⽐值k C C P V =/（绝热指数）标准状态时（压⼒未101.325Kpa, 0℃）单原⼦⽓体 k=1.66?1.67双原⼦⽓体 k=1.40?1.41多原⼦⽓体 k=1.10?1.3此外 R k k C R R C C C k P V P V ?-=-=>=1,1,1/⼆、过程⽅程及过程功⽓体在压缩和膨胀过程中，状态的变化应符合动量守恒及转换定律，即内能、外功、热交换三者间应满⾜P d V dW dT C dU dW dU dq V ==+=,,其中压缩过程中的能量关系1、等温过程数字式：0==dT const T 即过程⽅程式：const PV = 过程功：2111121112ln ln ln P P V P V V V P V V RT W === 内能变化：012=-U U热交换：w q =等温过程的热交换q 和过程功w 值相等，且正负号相同，即⽓体加热进⾏等温膨胀时，加⼊的热量全部⽤于对外膨胀做功，⽓体被压缩时外界对⽓体所作的功全部转换为热量的形式排出。

热力学中的气体功与绝热过程在热力学中，气体功和绝热过程是两个重要的概念。

在本文中，我们将深入探讨这两个概念的内涵和应用。

首先，让我们来了解一下气体功的概念。

在热力学中，气体功是指气体对外界做的功。

当气体发生容积变化时，就会对外界做功。

以气体膨胀为例，当气体从一个容器膨胀到另一个容器时，气体通过对外界施加力量来做功。

具体的功的计算公式为W = PΔV，其中W代表功，P代表气体的压强，ΔV代表气体的体积变化。

气体功在工程领域有着广泛的应用。

例如，汽车发动机中的活塞往复运动时，气体通过对活塞施加力量来做功，从而推动发动机的运转。

另外，许多发电厂也利用气体功来产生电力。

在发电厂中，燃烧的燃料会产生高温高压的气体，这些气体通过对涡轮机的叶片施加力量来做功，从而带动发电机发电。

接下来，我们来探讨绝热过程的概念。

绝热过程是指在没有热量交换的情况下进行的过程。

在绝热过程中，气体的内能发生变化，而没有热量的输入或输出。

绝热过程的特点是气体与外界没有热量交换，所以气体内部的热能无法流失或者增加。

绝热过程在很多领域都有应用。

例如，汽车行驶过程中的汽缸内燃烧过程可视为绝热过程。

在汽车发动机中，燃烧室内燃料的爆炸会迅速提高气体温度和压强，这个过程可以看作是一个绝热过程。

此外，气体在管道内的传输过程中也常常涉及绝热过程。

当气体通过管道流动时，由于管道的绝热性质，气体与环境之间没有热量交换，可以将这个过程近似为绝热过程。

除了应用之外，绝热过程在理论研究中也具有重要的作用。

绝热过程可以帮助我们了解气体的能量变化和转化规律，从而深入探索热力学的基本原理。

许多热力学定律和方程式都是基于绝热过程的理论推导得到的。

总结起来，热力学中的气体功与绝热过程是相互关联的。

气体功是气体对外界做的功，而绝热过程则是在没有热量交换的情况下进行的过程。

这两个概念在工程实践中有广泛的应用，并且为热力学理论的深入研究提供了重要的基础。

通过对气体功和绝热过程的理解和应用，我们可以更好地理解和掌握热力学的基本原理，为现代科学技术的发展做出更大的贡献。

在连续介质假设的前提下研究伴有热效应的气体介质运动规律的学科。

它是在经典流体力学的基础上，结合热力学和化学发展起来的。

通常所说的气体动力学假定气体是无粘性、不传热的。

在气体动力学中，根据运动速度将流动分为亚声速流动、跨声速流动、超声速流动和高超声速流动，根据流动在空间中的变化特点分为一维流动、二维流动和三维流动；根据空间中毎一点处的流动是否随时间而改变分为定常流动和非定常流动。

按照所处理问题的流场是否为无限大可分为外流问题和内流问题。

高速飞行器(如飞机、导弹、航天器等)的绕流属于外流问题；喷气发动机、风洞、燃气轮机等设备中的流动则属于内流问题。

在流动过程中可以有化学变化,也可以没有化学变化。

气流在空间中可以连续变化，也可以发生突跃变化。

激波、爆轰、爆燃现象等就属于突跃变化。

发展简史气体动力学的早期研究始于19世纪80年代。

英国的W. J. M.兰金和法国的P. H.许贡纽对大波幅的强扰动波(如激波)作了理论研究，得出这种强波前后的压强比和密度比以及其他参虽比的关系式。

这些关系式称为兰金-许贡纽关系式（见激波关系式）。

1887年奥地利物理学家E.马赫通过实验发现,超声速流动的特征并不取决于流速的绝对值，而是取决于流速对当地声速的比值。

这个比值后称为马赫数。

瑞典工程师C.G.P.de拉瓦尔在研制蒸汽涡轮机中发现，要想在喷管中获得超声速气流，按低速流的规律将管道截面作单调的收缩是办不到的。

后来他把喷管做成先收缩后扩张、中间细的形状，终于得到了超声速气流(见拉瓦尔管）。

1902年俄国学者C. A。

怡普雷金用速度图法研究了气体射流。

由于当时生产上对高速流动或有热交换流动研究的需要还不迫切，气体动力学只处于萌芽阶段。

在第二次世界大战屮，飞机发动机功率越来越大，飞机的外形越来越符合高速的要求，活塞发动机飞机的飞行速度已达到声速的0.5〜0.6倍。

到第二次世界大战末期，喷气发动机问世，飞机发展的形势要求研究高亚声速和超声速流动问题，也要求研究喷气发动机内部的流动和燃烧问题，气体动力学便应运而蓬勃发展起来了。

气体动力学的基本原理及应用气体动力学是一个研究气体运动的分支学科，它在航空、宇航、化工等领域有着广泛的应用。

在气体动力学的研究中，主要关注气体在不同条件下的物理状态和运动规律，在此基础上，能够为实际应用提供可靠的理论基础。

一、气体的物理特性气体是指物质以气体形式存在的状态，其特点是无定形、无体积、可压缩、具有广泛的温度和压力范围。

气体分子间的相互作用力非常微弱，因此气体的分子很容易运动，并具有极高的热运动能量。

在常压下，气体分子的平均自由程度非常大，分子之间几乎没有碰撞。

在空气中，分子自由程度为1.5微米，而分子的大小通常只在0.1微米左右。

可以看出，气体的物理特性决定了其在不同条件下的运动会呈现出什么样的规律。

二、气体运动的基本原理气体在不同条件下的运动都可以用流体力学的方法进行分析。

它的运动状态主要受到牛顿定律和热力学定律的影响。

牛顿定律告诉我们，任何物体都会保持其原有的状态，直到外力或内力产生的效果改变它的状态。

在气体运动中，牛顿定律意味着气体的运动状态所受到的压力和阻力的平衡。

而热力学定律则告诉我们，气体的物理状态与其能量之间是存在一定关系的。

例如，当气体的温度上升时，它的压力也会相应地升高。

因此，我们能够通过气体的物理状态来推断它的运动状态，并根据物理原理进行预测和分析。

三、气体动力学的应用在航空和宇航领域，气体动力学是极为重要的一个学科。

人类对空气动力学的研究起源于早期的热气球，随着机械学、热学和应用数学的发展，飞行器的性能和结构设计得到了不断的改进。

在现代航空中，气动力学的意义体现在飞机的飞行稳定性，研发飞机的燃油效率等诸多方面。

在化工领域，气体的特性和运动规律是诸多燃烧和传输过程中的关键因素。

例如，工业炉膛中的燃烧，汽车内燃机的工作，均需要深入了解气体的特性和流动规律，以进一步优化工业生产和改进机械性能。

在船舶工程中，气体动力学主要关注大型船舶在海面上的稳定性和驾驶性能。

由于海上环境复杂多变，船舶设计过程中需要考虑到严重的风浪影响，从而提高其灵活性和安全性。

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-----课前准备由于要联系具体的工程管网，这就要求学生在学习本门课程前，对实际的管网有基本的了解。

学生在本门课程之前，要学习《制图》、《建筑环境与设备工程概论》、《流体力学》等课程和进行认识实习。

可在认识实习任务书中，给学生下达如下任务：认真观察1~3个不同的流体输配管网，并绘制出管网轴测图。

管网类型不限。

要求学生结合《建筑环境与设备工程概论》课程学习的知识和《流体输配管网》教材的第一章，根据自己所观察的实际工程的流体输配管网，回答以下问题：（1）该管网的作用是什么？（2）该管网中流动的流体是液体还是气体？还是水蒸气？是单一的一种流体还是两种流体共同流动？或者是在某些地方是单一流体，而其他地方有两种流体共同流动的情况？如果有两种流体，请说明管网不同位置的流体种类、哪种流体是主要的。

（3）该管网中工作的流体是在管网中周而复始地循环工作，还是从某个（某些）地方进入该管网，又从其他地方流出管网？（4）该管网中的流体与大气相通吗？在什么位置相通？（5）该管网中的哪些位置设有阀门？它们各起什么作用？（6）该管网中设有风机（或水泵）吗？有几台？它们的作用是什么？如果有多台，请分析它们之间是一种什么样的工作关系（并联还是串联）？为什么要让它们按照这种关系共同工作？（7）该管网与你所了解的其他管网（或其他同学绘制的管网）之间有哪些共同点？哪些不同点？如果认识实习安排在本课开课前一学期，可将这个与认识实习结合。

空气动力学公式范文空气动力学公式指的是描述物体在空气中受力和运动的数学公式。

在工程和物理学领域中，空气动力学公式被广泛应用于空气动力学研究、航空航天工程设计、汽车设计以及建筑设计等方面。

下面是一篇超过1200字的空气动力学公式范文，介绍了一些常见的空气动力学公式及其应用。

一、气体动力学理论基础在空气动力学研究中，气体动力学理论是非常重要的基础。

根据气体动力学理论，气体中的压力（P）、密度（ρ）和温度（T）之间存在一定的关系。

根据理想气体状态方程，可以得到如下公式：1.理想气体状态方程P=ρRT其中，P为气体的压力，ρ为气体的密度，R为气体的气体常数（通常为287 J/(kg·K)），T为气体的绝对温度。

2.理想气体压力与温度之间的关系P∝T根据理想气体状态方程，可以得出气体的压力与温度成正比。

二、飞行器气动力学公式在航空航天工程中，空气动力学公式用于描述飞行器受力和运动过程。

以下是一些常见的飞行器气动力学公式及其应用。

1.飞行器升力与气动系数之间的关系L = 0.5C_liftρV^2S其中，L为飞行器的升力，C_lift为升力系数，ρ为空气密度，V为飞行器的速度，S为飞行器的参考面积。

2.飞行器阻力与气动系数之间的关系D = 0.5C_dragρV^2S其中，D为飞行器的阻力，C_drag为阻力系数，ρ为空气密度，V为飞行器的速度，S为飞行器的参考面积。

3.飞行器侧向力与气动系数之间的关系Y = 0.5C_sideρV^2S其中，Y为飞行器的侧向力，C_side为侧向力系数，ρ为空气密度，V为飞行器的速度，S为飞行器的参考面积。

4.飞行器俯仰力矩与气动系数之间的关系M_pitch = 0.5C_pitchρV^2SC_bar其中，M_pitch为飞行器的俯仰力矩，C_pitch为俯仰力矩系数，ρ为空气密度，V为飞行器的速度，S为飞行器的参考面积，C_bar为平均气动弦长。

三、车辆空气动力学公式在汽车设计中，空气动力学公式用于描述汽车在行驶过程中受到的空气阻力。

理想气体状态方程与热力学第一定律理想气体是高中阶段接触到的又一理想化模型，也是一个重要的物理模型。

理想气体从宏观上看就是严格遵守气体实验定律的气体；从微观上看就是能忽略分子大小及分子间相互作用力的气体。

常温常压下的各种气体均可视为理想气体。

在具体应用时要注意以下几点。

1、理想气体的变化遵守气体实验定律，遵守理想气体状态方程。

即一定质量的气体变化规律满足方程pv/T=C（C为常数）。

2、理想气体分子间无相互作用力，因此理想气体没有分子势能。

所以一定质量理想气体的内能仅由分子动能决定，即一定质量的理想气体的内能是温度的函数。

温度升高，内能一定增加；温度降低，内能一定减小；温度不变，气体内能一定不变。

3、理想气体状态发生变化的过程中，不仅满足理想气体状态方程，而且还满足能量守恒定律。

具体地要满足热力学第一定律。

即满足方程△E=W+Q。

其中W、Q均可代入符号进行计算。

外界对气体做功，W＞0；气体对外界做功，W＜0。

气体吸收热量，Q＞0；气体放出热量，Q＜0。

△E＞0表示气体内能增加；△E＜0表示气体内能减少；△E=0，表示气体内能不变。

1）、判断做功情况时，主要看气体体积的变化情况如仅是气体体积增大，则气体对外界做功；如仅是气体体积减小，则外界对气体做功；如气体体积不变，则气体和外界都不做功。

特殊地气体在自由膨胀过程中，气体对外不做功。

2）、绝热过程是指气体在变化过程中与外界无热量交换，但并不意味着气体温度不变。

4、解此类气体问题时，温度是联系状态方程与热力学第一定律的桥梁，在解题时，应从“温度”这个物理量寻找突破口。

例1：对理想气体等压变化过程，下列说法正确的是A、若气体膨胀，则对外做功，内能增加B、因吸热而膨胀，对外做功，内能减小C、边放热，边膨胀对外做功，内能减少D、若气体收缩，则外界对气体做功，内能增加析：因为理想气体的压强保持不变，当气体体积增大时，气体对外界做功，根据理想气体状态方程pv/T=C可知T也要增大，导致气体内能增加，又根据热力学第一定律气体必然从外界吸热，使气体内能增加；当气体体积小时，外界对气体做功，据理想气体状态方程pv/T=C可知T也要减小，导致气体内能减小，又根据热力学第一定律气体必然要放出热量，使气体内能减小。

第一章 气体自然界中物质的聚集状态一般可分为三种：气体、液体和固体。

气体与液体均可以流动，统称为流体(fluid)；液体和固体又统称为凝聚态(condense)。

无论物质处于哪一种状态，都有许多宏观性质，如压力(pressure)p 、体积(volume)V 、温度(temperature)T 、密度(density)ρ和热力学能(thermodynamic energy)U ，等等。

对于一定量的纯物质而言，p 、V 、T 是三个最基本的性质；而混合物的基本性质还应包括组成。

由一定量纯物质组成的均相流体，p 、V 、T 中任意两个量确定后，第三个量即随之确定，此时就说物质处于一定的状态。

处于一定状态的物质，各种宏观性质都有确定的值和确定的关系。

联系p 、V 、T 之间关系的方程称为状态方程。

本章着重介绍气体的状态方程。

§1-1 理想气体状态方程1.理想气体状态方程气体的物质的量n 与压力p 、体积V 与温度T 之间是有联系的。

从17世纪中叶开始 .先后经过波义尔（Boyle R,1662）、盖-吕萨克（Gay J-Lussac J,1808）及阿伏伽德罗（A Avogadro,1869）等著名科学家长达一个多世纪的研究，测定了某些气体的物质的量n 与它们的p 、V 、T 性质间的相互关系。

得出了对各种气体都普遍适用的三个经验定律(empirical law)。

在此基础上，人们归纳出一个对各种纯低压气体都适用的气体状态方程：nRT pV = (1-1-1a)上式称为理想气体状态方程（state equations of the ideal gas ）。

式中p 的单位为Pa ，V 的单位为m 3，n 的单位为mol ，T 的单位为K 。

R 是是一个对各种气体都适用的比例常数(ratioconstant)，称为摩尔气体常数，在一般计算中，可取R=8.314 J ·mol -1·K -1。