气体动力学基础2 (8)..
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气体动力学基础答案1. 什么是气体动力学?气体动力学是研究气体在力的作用下及热力学条件下的运动规律和性质的学科。
它主要研究气体的物理性质、状态方程以及气体的运动、扩散和传热等过程。
2. 描述气体的状态有哪些基本参数?气体的状态可以由以下几个基本参数来描述:•压力(P):指气体分子对容器壁的撞击给容器壁单位面积上的力,通常以帕斯卡(Pascal)表示。
•体积(V):指气体所占据的空间大小,通常以立方米(m³)表示。
•温度(T):指气体的热度,通常以开尔文(Kelvin)表示。
•物质量(n):指气体中的物质量,通常以摩尔(mol)表示。
这些参数可以通过状态方程来描述气体的状态,常见的状态方程有理想气体状态方程(PV=nRT)和范德瓦尔斯状态方程。
3. 什么是理想气体状态方程?理想气体状态方程是描述理想气体状态的数学公式,由理想气体定律得到。
理想气体状态方程可以表示为PV=nRT,其中P表示气体的压力,V表示气体的体积,n表示气体的物质量(摩尔数),R表示气体常量,T表示气体的温度(开尔文)。
理想气体状态方程可以用于描述气体的状态和变化,例如计算气体的压力、体积和温度的关系以及计算气体的摩尔数等。
4. 理想气体状态方程适用的条件有哪些?理想气体状态方程适用于以下条件下的气体:•气体分子之间不存在相互作用力;•气体分子之间的体积可以忽略;•气体分子之间的碰撞是完全弹性碰撞;•气体分子之间的相互作用不会受到温度的影响。
在实际情况下,很多气体都可以近似看作是理想气体,特别是在低密度、高温度的条件下。
但在高密度、低温度的情况下,气体分子之间的相互作用力会变得更加显著,此时理想气体状态方程将不再适用,需使用修正的状态方程进行计算。
5. 范德瓦尔斯状态方程是什么?范德瓦尔斯状态方程是对理想气体状态方程的修正,考虑了气体分子之间的相互作用力和气体分子的体积。
范德瓦尔斯状态方程可以表示为: \[ (P + \frac{an2}{V2})(V - nb) = nRT \] 其中P表示气体的压力,V表示气体的体积,n表示气体的物质量(摩尔数),R表示气体常量,T表示气体的温度(开尔文),a和b是范德瓦尔斯常量。
空气动力学基础知识目录一、空气动力学概述 (2)1. 空气动力学简介 (3)2. 发展历史及现状 (4)3. 应用领域与重要性 (5)二、空气动力学基本原理 (6)1. 空气的力学性质 (7)1.1 气体状态方程 (8)1.2 空气密度与温度压力关系 (8)1.3 空气粘性 (9)2. 牛顿运动定律在空气动力学中的应用 (10)2.1 力的作用与动量变化 (11)2.2 牛顿第二定律在空气动力学中的体现 (13)3. 空气动力学基本定理 (14)3.1 伯努利定理 (15)3.2 柯西牛顿定理 (16)3.3 连续介质假设与流动连续性定理 (17)三、空气动力学基础概念 (18)1. 流体力学基础概念 (19)1.1 流速与流向 (20)1.2 压力与压强 (21)1.3 流管与流量 (22)2. 空气动力学特有概念 (23)2.1 空气动力系数 (25)2.2 升力与阻力 (26)2.3 空气动力效应与稳定性问题 (27)四、空气动力学分类及研究内容 (28)1. 空气动力学分类概述 (30)2. 理论空气动力学研究内容 (31)一、空气动力学概述空气动力学是研究流体(特别是气体)与物体相互作用的力学分支,主要探讨流体流动过程中的能量转换、压力分布和流动特性。
空气动力学在许多领域都有广泛的应用,如航空航天、汽车、建筑、运动器材等。
空气动力学的研究对象主要是不可压缩流体,即流体的密度在运动过程中保持不变。
根据流体运动的特点和流场特性,空气动力学可分为理想流体(无粘、无旋、不可压缩)和实际流体(有粘性、有旋性、可压缩)两类。
在实际应用中,理想流体问题较为简单,但现实生活中的流体大多具有粘性和旋转性,因此实际流体问题更为复杂。
空气动力学的基本原理包括牛顿定律、质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律等。
这些原理构成了空气动力学分析的基础框架,通过建立数学模型和求解方程,可以预测和解释流体流动的现象和特性。
气体动力学基础气体动力学是研究气体运动规律以及与其他物体之间相互作用的学科。
它的研究对象包括气体的压力、体积、温度和分子速度等特性,以及这些特性之间的相互关系。
本文将介绍气体动力学的基础概念、理论模型和重要定律。
一、气体分子模型气体分子模型是气体动力学研究的基础,它假设气体是由大量极小的分子组成的。
这些分子之间几乎没有相互作用力,它们以高速不规则运动,并且具有各向同性的特性。
二、理想气体状态方程理想气体状态方程是描述气体状态的基本定律之一。
根据理想气体状态方程,气体的压力(P)、体积(V)和温度(T)之间存在着下列关系:P * V = n * R * T其中,n代表气体的摩尔数,R代表气体常数。
这个方程表明,在一定温度和摩尔数的条件下,气体的压力和体积成反比,而与气体的物理性质(例如分子大小和形状)无关。
三、气体的压强气体分子在容器壁上会产生压力,这种压力被称为气体的压强。
根据气体分子的运动特性,我们可以得到气体的压强与分子速度和撞击频率之间的关系。
通常情况下,气体的压强与气体分子的速度平方成正比。
四、气体的温度气体的温度是指气体分子的平均动能。
根据气体分子模型,气体分子的速度与其温度之间呈正相关关系。
在绝对温标上,温度与气体分子的平均动能之间存在着线性关系。
五、气体的体积气体的体积是气体占据的空间大小。
根据观察和实验结果,气体的体积与其分子数量和分子碰撞的频率有关。
当温度不变时,气体的体积与其压强成反比。
六、亚音速和超音速流动亚音速流动是指气体在流动过程中,流速小于音速的情况。
这种流动模式下,气体能够传递信息,且压力和温度分布相对均匀。
超音速流动则是指气体的流速大于音速。
在超音速流动中,气体的压力和温度存在明显的不均匀分布。
七、伯努利定理根据伯努利定理,沿着气体流动的方向,气体的总能量保持不变。
这意味着当气体流速增大时,气体的压强会降低,从而产生较低的静压力。
八、霍金定理霍金定理是描述亚音速气体流动的基本原理。
一、 解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系 1. 轨线和流线2. 马赫数M 和速度系数λ 5.膨胀波和激波二、 回答下列问题1. 膨胀波在自由表面上反射为什么波为什么4.收敛喷管的三种流动状态分别是什么各有何特点 三、(12分)已知压气机入口处的空气温度T1=280K,压力P1=1.0bar ,在经过压气机进行可逆绝热压缩以后,使其压力升高了25倍,即增压比P2/P1=25,试求压气机出口处温度和比容,压气机所需要的容积功。
设比热容为常数,且比热比k=。
四、空气沿如图1所示的扩散管道流动,在截面1-1处空气的压强5110033.1⨯=p N/m 2,温度ο151=t C,速度2721=V 米/秒,截面1-1的面积1A =10厘米2,在截面2-2处空气速度降低到2V =米/秒。
设空气在扩散管中的流动为绝能等熵流动,试求:(1)进、出口气流的马赫数1M 和2M ;(2)进、出口气流总温及总压;(3)气流作用于管道内壁的力。
六、(15分)在超声速风洞的前室中空气的滞止温度为T *=288K,在喷管出口处空气的速度V 1=530米/秒,当流过试验段中的模型时产生正激波(如图1所示),求激波后空气的速度。
图 1 第四题示意图图2 第五题示意图一、解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系(共20分,每题4分)1.轨线和流线答:轨线是流体质点运动的轨迹;流线是一条空间曲线,该曲线上任一点的切线与流体在同一点的速度方向一致。
区别:轨线的是同一质点不同时刻的位置所连成的曲线;流线是同一时刻不同质点运动速度矢量所连成的曲线。
联系:在定常流动中轨迹线和流线重合。
2.马赫数M和速度系数λ答:马赫数M是气体运动速度与当地声速的比值;速度系数λ是气体运动速度与临界声速的比值。
区别:速度相同时气体的马赫数与静温有关,最大值为无限大,而速度系数于总温有关,其最大值为有限值。
联系:已知马赫数可以计算速度系数,反之亦然。
3.膨胀波和激波答:膨胀波是超声速绕外钝角偏转或加速时所产生的压力扰动波;激波是超音速气流流动方向向内偏转所产生强压缩波。
第九章气体动力学基础第九章气体动力学基础一、微弱扰动在气流中的传播1、音速和马赫数音速是微弱扰动在流场中的传播速度。
微弱扰动通常是流场中某个位置上的压强产生了微小的变化。
在不可压缩流动中,任何扰动总是立即传播到整个流场,但是在可压缩流里,不是在任何情况下都能传播到整个流场,微弱扰动在流场中是按一定的速度传播的,这个速度就是音速。
一个直圆管,里面充满了压强为p、密度为ρ、温度为T的静止气体。
活塞以dv速度运动,将压缩(或膨胀)最相邻的气体层,致使那层气体的压强升高(或降低)、温度升高(或降低)。
这层气体又去压缩另外的气体层。
这样将在管道内形成微弱扰动的压缩波(或膨胀波),波面的传播速度假设为c,气体本身也将随活塞一起运动,其运动速度将和活塞的运动速度一致,是dv。
请注意,压缩(或膨胀)波的波面速度与活塞(因而是气体)的运动速度不一致的!现在来推导音速公式。
由于微弱扰动在管道里的传播是一个非定常运动,因此假设研究者和波面一同运动。
这样,波面是相对静止的,而波前气流速度为c,波后气流速度为c-dv,同时压强密度和温度分别由p、ρ和T升到p+dp、ρ+dρ和T+dT。
在波面附近取一个微元体,有连续方程:动量方程:因为我们讨论的是微弱扰动,故高阶项可忽略。
把dv消去,得到音速为弱扰动的过程可以认为是一个等熵过程,即有对于微弱扰动,其热力学过程接近于绝热的可逆过程,即等熵过程。
对完全气体,(1)音速的的大小是和流体介质有关:可压缩性大的介质,微弱扰动传播的速度慢、音速就小。
在20度的空气中,音速为343(m/s);在20度的水里,音速为1478(m/s)。
(2)音速是状态参数的函数。
在相同介质中,不同点的音速也不同。
提到音速,总是指当地音速。
(3)同一气体中,音速随气体温度的升高而升高马赫数的定义在音速定义后,可以定义马赫数1)马赫数是判断气体压缩性的标准, 它是个无量纲量,也是气体动力学的一个重要参数(2)按马赫数,可以将气流分成亚音速、音速和超音速流动。
气体动力学是流体力学的一个分支。
在连续介质的假设下,研究了与热力学现象有关的气体运动规律及其与相对运动物体的相互作用。
气体在低速时是不可压缩的流动,其热力学状态的变化可以忽略不计;但是,在高速流动时(例如,马赫数大于0.3),气体的压缩效果不容忽视,其热力学状态也发生明显变化。
气体运动应同时满足流体力学和热力学定律。
气体动力学[1] [2]由流体力学和热力学的紧密结合形成。
书籍目录第一章基础知识第二章是流体运动的基本方程第三章一维稳态流基本方程第四章停滞参数与空气动力功能第五章膨胀波和冲击波1个气体动力学空气动力学始于射弹运动和蒸汽轮机的研究。
随着航空航天业的蓬勃发展,出现了许多新的分支机构。
高温气体动力学高温气体动力学。
研究了高温气体的流动规律及其伴随的理化变化,能量传递和转化规律。
例如,在喷气发动机的燃烧室中,重返航天器表面的冲击层和高超音速尾流,气体温度极高,气体的比热不再恒定,并且完美的气体状态方程(p =ρRT,P,ρ,T为气体的压力,密度和温度,R为气体常数)不再适用。
另外,气体分子中各种能级的激发(平移,旋转和振动等)处于不平衡状态,导致流动不平衡。
在非常高的温度下,气流伴随着离解和电离过程以及物体表面的烧蚀。
因此,对高温气体动力学的研究应将气体动力学与热力学,统计物理学,分子物理学,化学动力学和电磁学相结合,并使用物理,化学和气体动力学等实验技术,光谱,激光,电子学等测量方法机械师和测试设备,例如冲击管和电弧加热器。
高温气体动力学的研究对航空航天工业,激光和等离子体技术的发展具有重要意义。
稀有气体动力学稀有气体的动力学。
研究了努氏数Kn(见流体力学相似性准则)不小于1的稀有气体的运动规律。
对于在高空飞行的航天器来说,Kn 值不小,并且气体分子的离散结构显示出其影响,因此经典连续谱模型不再适用。
在研究5微米以下的气溶胶颗粒在地面上的运动时,我们还应考虑稀有气体效应。
为了研究稀有气体动力学,需要玻尔兹曼气体分子运动方程和气体分子与固体表面相互作用的理论,以及低密度风洞,冲击风洞和分子束装置等实验设备。
气体动力学课后习题答案【篇一:气体动力学复习题】、单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。
2、流体运动时内部产生切应力的这种性质叫做流体的黏性。
3、牛顿内摩擦定律表明,流体中的内应力与速度梯度成正比,比例系数即为与流体种类相关的动力粘度。
4、流体静压力是一个有大小、方向、合力作用点的矢量,它的大小和方向都与其受压面密切相关。
5、流体静压强的两个重要特性包括:①流体静压强的方向总是垂直且指向该作用面的,即沿着平面的内法线方向;②流体静止内部任一点处流体静压强在各方向等值。
6、流体中压强相等的各点组成的面称为等压面。
7、等压面具有以下几个重要特性:①等压面也是等势面;②在平衡的流体中通过每一点的等压面必与该点所受的质量力互相垂直;③两种不想混合平衡流体的交界面必然是等压面。
8、流体静力学基本方程的物理意义是,在静止的不可压缩均质重力流体中,任何一点的压强势能和位置势能之和是常数,即总势能保持不变。
9、流体静力学基本方程的几何意义是,在重力作用下的连续、均质、不可压缩流体中,静水头线和计示静水头线均为水平线。
10、以完全真空为基准计量的压强为绝对压强。
11、以当地大气压为基准计量的压强为计示压强。
12、静止液体中,作用在平面上的合力,等于作用在该平面几何中心点处的静压强与该平面面积的乘积。
13、液体作用在曲面上总压力的垂直分力等于压力体的液体重力。
14、请写出静止液体作用在曲面上总压力的水平分力和垂直分力的表达式,并说明每个符号的意义。
15、液体作用在沉没物体上的总压力方向垂直向上,大小等于沉没物体所排开的重量,称它为浮力。
16、流动参量不随时间变化的流动就是定常流动。
17、在不可压缩流体中,流线皆为平行直线的流动为均匀流。
18、均匀流具有下列性质:①各质点的流速相互平行,有效断面为一平面;②位于同意流线上的各个质点速度相等;③沿流程各有效断面上流速分布相同,但同一有效断面上各点的流速并不相等;④各质点的迁移加速度皆为零,如流动是均匀的定常流,那么各质点的加速度为零;⑤有效断面上压强分布规律与静止流体相同。
一、 解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系 1. 轨线和流线2. 马赫数M 和速度系数λ 5.膨胀波和激波二、 回答下列问题1. 膨胀波在自由表面上反射为什么波为什么4.收敛喷管的三种流动状态分别是什么各有何特点三、(12分)已知压气机入口处的空气温度T1=280K,压力P1=1.0bar ,在经过压气机进行可逆绝热压缩以后,使其压力升高了25倍,即增压比P2/P1=25,试求压气机出口处温度和比容,压气机所需要的容积功。
设比热容为常数,且比热比k=。
四、空气沿如图1所示的扩散管道流动,在截面1-1处空气的压强5110033.1⨯=p N/m 2,温度 151=t C,速度2721=V 米/秒,截面1-1的面积1A =10厘米2,在截面2-2处空气速度降低到2V =米/秒。
设空气在扩散管中的流动为绝能等熵流动,试求:(1)进、出口气流的马赫数1M 和2M ;(2)进、出口气流总温及总压;(3)气流作用于管道内壁的力。
六、(15分)在超声速风洞的前室中空气的滞止温度为T *=288K,在喷管出口处空气的速度V 1=530米/秒,当流过试验段中的模型时产生正激波(如图1所示),求激波后空气的速度。
图 1 第四题示意图图2 第五题示意图一、解释下列各对名词并说明它们之间的区别与联系(共20分,每题4分)1.轨线和流线答:轨线是流体质点运动的轨迹;流线是一条空间曲线,该曲线上任一点的切线与流体在同一点的速度方向一致。
区别:轨线的是同一质点不同时刻的位置所连成的曲线;流线是同一时刻不同质点运动速度矢量所连成的曲线。
联系:在定常流动中轨迹线和流线重合。
2.马赫数M和速度系数λ答:马赫数M是气体运动速度与当地声速的比值;速度系数λ是气体运动速度与临界声速的比值。
区别:速度相同时气体的马赫数与静温有关,最大值为无限大,而速度系数于总温有关,其最大值为有限值。
联系:已知马赫数可以计算速度系数,反之亦然。
3.膨胀波和激波答:膨胀波是超声速绕外钝角偏转或加速时所产生的压力扰动波;激波是超音速气流流动方向向内偏转所产生强压缩波。