空气动力学基本概念_精品文档.ppt
- 文档编号:2579664
- 上传时间:2022-11-02
- 格式:PPT
- 页数:167
- 大小:19.74MB
空气动力学基本概念_精品文档.ppt
《空气动力学基本概念_精品文档.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《空气动力学基本概念_精品文档.ppt(167页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第一章(第一章
(1)基本概念介绍基本概念介绍1.1气体的基本物理性质气体的基本物理性质粒子与连续介质粒子与连续介质Elementalvolume(流体微团/质点)连续介质连续介质*Largeenoughinmicroscope(微观无穷大)标准状态下10-9mm3空气包含大约3107个分子*Smallenoughinmacroscope(宏观无穷小)意味着密度是个点函数,其性能变化是连续可微的n连续介质:
总体属性连续介质:
总体属性流体的密度流体的密度流体密度流体密度平均密度随微元容积变化平均密度随微元容积变化流体内一点的压强流体内一点的压强n流体内部任一点处的压强各向同性(流体内部任一点处的压强各向同性(N/m2,帕),帕)n力平衡方程力平衡方程微四面体及其压强微四面体及其压强一个重要参数:
压力系数一个重要参数:
压力系数n压力系数力系数其中其中n由伯努利方程由伯努利方程n可得到可得到n连续介介质中一点的温度:
中一点的温度:
指在某瞬指在某瞬时与与该点重合的微点重合的微小流体小流体团中所包含的大量分子无中所包含的大量分子无规则运运动的平均移的平均移动动能的量度能的量度n温度的微观意义:
分子运动论、经典统计物理、量子统计物理等角度的阐述流体的温度流体的温度n连续介介质中一点的速度:
中一点的速度:
指在某瞬指在某瞬时与与该点重合的流点重合的流体体质点点质心的速度,它不同于流体分子的运心的速度,它不同于流体分子的运动速度速度n统计平均速度平均速度n连续介介质速度速度流体的速度流体的速度气体状态方程气体状态方程n完全气体完全气体:
模型气体,完全:
模型气体,完全弹性的微小球粒,内聚力性的微小球粒,内聚力十分微小(忽略),微粒十分微小(忽略),微粒实有有总体体积(忽略)(忽略)n状状态方程:
方程:
压强、密度和温度之、密度和温度之间的函数关系的函数关系n完全气体的状完全气体的状态方程:
方程:
其中其中为气体常数,各种气体的气体常数各不相同;气体常数,各种气体的气体常数各不相同;对空气,空气,=287.053m2/(s2K)n真真实气体?
气体?
气体的压缩性气体的压缩性n定定义:
在一定温度条件下,具有一定:
在一定温度条件下,具有一定质量气体的体量气体的体积或密度随或密度随压强变化而改化而改变的特性,叫做可的特性,叫做可压缩性(或性(或称称弹性),也就是我性),也就是我们通常所通常所说的的“可可压”与与“不可不可压”n体体积弹性模数性模数:
n压缩性:
声速、密度性:
声速、密度n在气流速度在气流速度较低低时,可以不考,可以不考虑空气的可空气的可压缩性性气体的粘性气体的粘性n实际流体都是有粘性的实际流体都是有粘性的n粘性力(内摩擦力)粘性力(内摩擦力)n牛顿粘性定律牛顿粘性定律:
n粘性系数(粘性系数(Ns/m2):
介质、):
介质、温度;压强(无关)温度;压强(无关)气体的粘性气体的粘性n各种气体的各种气体的随随T的变化有实验数据可查表的变化有实验数据可查表n空气的粘度随空气的粘度随T的变化有许多种近似公式的变化有许多种近似公式n萨特兰公式萨特兰公式:
粘性系数随温度变化:
粘性系数随温度变化n运动粘性系数运动粘性系数(m2/s):
):
n粘性系数随温度而变化,但与压强基本无关粘性系数随温度而变化,但与压强基本无关气体:
气体:
T液体:
液体:
T粘性流动:
边界层粘性流动:
边界层Velocityprofilethroughaboundarylayer不同形状下由摩擦产生阻力系数和压力产生的阻力系数的比较气体的传热性气体的传热性n定定义:
气体中因:
气体中因为温度梯度的存在而温度梯度的存在而发生生热量量传递的性的性质称称为传热性。
性。
热导率率n导热系数:
系数:
介介质、温度(空气小,可忽略)、温度(空气小,可忽略)常用的流体模型常用的流体模型n理想流体:
符合完全气体状理想流体:
符合完全气体状态方程方程n无粘流体:
忽略气体粘性无粘流体:
忽略气体粘性n不可不可压流体流体:
不考:
不考虑气体气体压缩性性低速流体低速流体n绝热流体流体:
不考:
不考虑流体流体热传导性性上述几种模型以不同形式上述几种模型以不同形式结合,可以形成不合,可以形成不同形式的同形式的流体模型。
流体模型。
n大气分大气分层:
平流层(平流层(32km)标准大气层标准大气层低层大气低层大气高层大气高层大气中中间间大大气气层层(32-85km)对对流流层层(7-18km)高高温温层层(85-500km)上上层层大大气气(500km)标准大气标准大气n温度高度分布律温度高度分布律对流流层:
平流平流层:
高度高度20000m到到32000m:
n压强和密度随高度和密度随高度变化化n对流层对流层n平流平流层:
n从从20000m到到32000m:
n右右图是平流是平流层高度高度范范围内温内温度度T、压强强p、密度、密度和分和分子平均自由程子平均自由程随高度随高度H变化化的的曲曲线1.2声速和马赫数声速和马赫数声速声速n定义:
指微弱扰动波在定义:
指微弱扰动波在流体介质中的传播速度流体介质中的传播速度n扰动压缩波扰动压缩波n扰动膨胀波扰动膨胀波n声音是由微弱扰动压缩声音是由微弱扰动压缩波和膨胀波交替组成的波和膨胀波交替组成的微弱扰动波微弱扰动波马赫数马赫数n定定义:
流:
流场中某点中某点处的气体流速与当地声速之的气体流速与当地声速之比即比即为该点点处气流的气流的马赫数:
赫数:
n完全气体:
完全气体:
nM:
气体:
气体宏宏观运运动的的动能能与气体内部分子无与气体内部分子无规则运运动的的动能(能(内能内能)之比的度量)之比的度量n马赫数是气流可赫数是气流可压缩性的度量性的度量n马赫数赫数M是研究高速流是研究高速流动的重要参数,是划分高速流的重要参数,是划分高速流动类型的型的标准:
准:
M1,即气流速度大于当地声速,即气流速度大于当地声速时,为超声速气流;超声速气流;M1时,气流速度等于当地声速;,气流速度等于当地声速;一般又将一般又将M=0.81.2的气流称作跨声速气流。
的气流称作跨声速气流。
1.3热力学中的基本定律热力学中的基本定律状态方程、完全气体、内能状态方程、完全气体、内能和焓和焓n状状态方程:
方程:
n完全气体完全气体:
n内能(完全气体):
内能(完全气体):
n焓值:
p/代表代表单位位质量气体的量气体的压力能,故力能,故焓表示表示单位位质量量气体的内能和气体的内能和压力能的力能的总和和;对完全气体,完全气体,焓只取决于温度。
只取决于温度。
热力学第一定律热力学第一定律n外界外界传给一个封一个封闭物物质系系统(流(流动着的气体微着的气体微团是其是其中之一)的中之一)的热量等于系量等于系统内能的增量和系内能的增量和系统对外界所外界所做机械功的做机械功的总和和:
n等容等容过程:
程:
定容比热容定容比热容n等等压过程:
程:
其中,其中,比比热比(比(绝热指数):
指数):
定压比热容定压比热容n绝热过程:
程:
K为绝热指数热力学第二定律热力学第二定律n可逆可逆过程、不可逆程、不可逆过程;程;ns0,称,称为等等熵过程;程;n如果如果过程不可逆,程不可逆,则熵值必增加,必增加,s0。
n等等熵关系式关系式:
k又称为等熵指数又称为等熵指数1.4描述流体运动的两种方法描述流体运动的两种方法流体运动的描述流体运动的描述n流流场:
充充满着运着运动流体的空流体的空间n流流动参数:
用以表示流体运参数:
用以表示流体运动特征的物理量特征的物理量n描述流体运描述流体运动的两种方法:
的两种方法:
拉格朗日法和欧拉法拉格朗日法和欧拉法n拉格朗日法:
拉格朗日法:
流体流体质点点n欧拉法:
欧拉法:
流流场中的空中的空间点点n定常流定常流场、非定常流、非定常流场1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法流体运动时,表征运动特征的运动要素一般随时间空间而变,而流体又是众多质点组成的连续介质,流体的运动是无穷多流体运动的综合。
怎样描述整个流体的运动规律呢?
拉格朗日法欧拉法1.1.拉格朗日法拉格朗日法拉格朗日法:
质点系法把流体质点作为研究对象,跟踪每一个质点,描述其运动过程中流动参数随时间的变化,综合流场中所有流体质点,来获得整个流场流体运动的规律。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法设某一流体质点在t=t0时刻占据起始坐标(a,b,c),t为时间变量图图拉格朗日法拉格朗日法xzyOaxbzct0tM流体质点运动方程流体质点运动方程1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法图图拉格朗日法拉格朗日法zxyOaxbyzct0tMt时刻,流体质点运动到空间坐标(x,y,z)式中,(式中,(aa,bb,cc,tt)=拉格朗日变数拉格朗日变数(aa,bb,cc)对应流体微团或液体质点对应流体微团或液体质点1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法不同(不同(aa,bb,cc),),tt不变,表示在选定时刻流场中流体质点的不变,表示在选定时刻流场中流体质点的位置分布。
位置分布。
给定(给定(aa,bb,cc),),tt变化时,该质点的轨迹方程确定;变化时,该质点的轨迹方程确定;流体质点的速度为流体质点的速度为1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法流体质点的加速度为流体质点的加速度为1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法问题1每个质点运动规律不同,很难跟踪足够多质点2数学上存在难以克服的困难3实用上,不需要知道每个质点的运动情况因此,该方法在工程上很少采用。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法2.2.欧拉法欧拉法又称为流场法,核心是研究运动要素分布场。
即研究流体质点在通过某一空间点时流动参数随时间的变化规律。
该法是对流动参数场的研究,例如速度场、压强场、密度场、温度场等。
采用欧拉法,可将流场中任何一个运动要素表示为空间坐标(x,y,z)和时间t的单值连续函数。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法液体质点在任意时刻t通过任意空间固定点(x,y,z)时的流速为:
式中,(x,y,z,t)称为欧拉变数。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法令(x,y,z)为常数,t为变数令(x,y,z)为变数,t为常数表示在某一固定空间点上,流体质点的运动参数随时间的变化规律。
表示在同一时刻,流场中流动参数的分布规律。
即在空间的分布状况。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法(a,b,c):
质点起始坐标t:
任意时刻(x,y,z):
质点运动的位置坐标(a,b,c,t):
拉格朗日变数(x,y,z):
空间固定点(不动)t:
任意时刻(x,y,z,t):
欧拉变数拉格朗日法欧拉法1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法液体质点通过任意空间坐标时的加流速式中,(ax,ay,az)为通过空间点的加速度分量。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法利用复合函数求导法,将(x,y,z)看成是时间t的函数,则写为矢量形式1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法时变加速度分量(三项)位变加速度分量(九项)1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法用欧拉法表达加速度用欧拉法表达加速度v从欧拉法来看,不同空间位置上的液体流速可以不同;v在同一空间点上,因时间先后不同,流速也可不同。
因此,加速度分u迁移加速度(位变加速度):
同一时刻,不同空间点上流速不同,而产生的加速度。
u当地加速度(时变加速度):
同一空间点,不同时刻上因流速不同,而产生的加速度。
1.4.11.4.1研究流体运动的两种方法研究流体运动的两种方法图图时变加速度产生说明时变加速度产生说明t0tutu0水面不断下降!
1.4.1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 空气动力学 基本概念 精品 文档