氣體動力學

氣體動力學開始於對彈丸運動、蒸汽渦輪等的研究，隨著航空和航天工業的蓬勃發展，出現了不少新的分支。

高溫氣體動力學。研究高溫氣體的流動規律和伴隨的各種物理化學變化、能量傳遞和轉化規律。例如在噴氣發動機的燃燒室、再入大氣層航天器表面的激波層和高超聲速尾跡中，氣體溫度極高，氣體比熱不再是常數，完全氣體的狀態方程(p=ρRT，p、ρ、T為氣體的壓力、密度、溫度，R為氣體常量）不再適用。此外，氣體分子內部各種能級的激發（平動、轉動和振動等）處於不平衡狀態，出現非平衡流動。在極高溫度下，氣流中還伴有離解和電離過程以及物面燒蝕現象。因此，高溫氣體動力學的研究，要把氣體動力學與熱力學、統計物理、分子物理、化學動力學和電磁學等結合起來，並要用到物理、化學和氣體動力學等實驗技術，光譜、激光、電子、力學等測量方法，激波管、電弧加熱器等試驗設備。高溫氣體動力學的研究對航空航天工業、激光器、等離子體技術等方面的發展，有重要意義。

稀薄氣體動力學。研究克努曾數Kn（見流體力學相似准數）並非遠小於1的稀薄氣體的運動規律。對於在高空大氣層飛行的航天器，Kn不是小量，氣體分子離散結構顯示其影響，經典的連續介質模型不再適用。在地面上研究5微米以下氣溶膠粒子的運動，也須考慮稀薄氣體效應。研究稀薄氣體動力學，要用到玻耳茲曼氣體分子運動方程和氣體分子與固體表面相互作用的理論，以及低密度風洞、激波風洞、分子束裝置等實驗設備。稀薄氣體動力學的研究對人造地球衛星、太空梭及某些非航天技術的發展，起著重要作用。

宇宙氣體動力學。應用氣體動力學的方法研究宇宙中物質的形態和運動規律。宇宙中的物質形態以等離子體為主，還有稀薄氣體，行星內部有液態核，它們都是流體或磁流體。所以應用流體力學和磁流體力學的理論和方法能描述很多宇觀尺度的天體過程。宇宙氣體動力學的研究領域已從行星環境擴展到太陽內部，從氣體星雲到星系，以至到局部宇宙的演化規律，並取得一批成果，其中包括太陽風、地球磁層、氣體星雲的收縮和碎裂、無碰撞激波、恆星大氣的反常加熱、宇宙中磁場的起源和演變、宇宙中的湍流特性、星系旋渦結構的密度波理論等。大量天體物理的問題都採用氣體動力學的概念和方法進行研究，而討論具體的物理化學過程又反過來擴展了氣體動力學的領域。

本書主要介紹可壓縮氣體動力學的基本理論及在航空發動機上的應用。全書共分八章：第一章介紹氣體動力學的基本知識、基本概念和研究方法；第二章介紹流體運動的基本方程；第三章介紹一維定常流的基本方程；第四章介紹滯止參數與氣動數；第五章介紹膨脹波和激波；第六章介紹一維定常管流；第七章介紹黏性流動基礎；第八章介紹理想流體多維流動動力學基礎。

本書讀者對象主要為飛行器與動力工程專業的大專生、本科生，也可供從事航空動力工程的工程技術人員參考。

1.1　連續介質的概念

1.1.1　連續介質的假設

1.1.2　連續介質中一點處的密度和速度

1.2　氣體的基本屬性

1.2.1　氣體的壓縮性

1.2.2　氣體的黏性

1.2.3　氣體的導熱性

1.3　研究流體運動的方法及有關的概念

1.3.1　研究流體運動的方法

1.3.2　流體運動的分類

1.3.3　流場的描述

1.3.4　運動的轉換

1.3.5　體系和控制體

1.3.6　國際標準大氣

思考題

習題

2.1　體系、控制體、雷諾輸運方程

2.1.1　體系、控制體

2.1.2　雷諾輸運方程

2.2　連續方程

2.1.1　積分形式的連續方程

2.1.2　微分形式的連續方程

2.3　動量方程和動量矩方程

2.3.1　積分形式的動量方程

2.3.2　動量矩方程

2.3.3　微分形式的動量方程

2.4　能量方程

2.4.1　積分形式的能量方程

2.4.2　微分形式的能量方程

思考題

3.1　連續方程

3.2　動量方程和動量矩方程

3.2.1　積分形式的動量方程

3.2.2　動量矩方程

3.2.3　微分形式的動量方程

3.3 能量方程

3.3.1　能量方程的推導

3.3.2　能量方程的應用

3.4　伯努利方程

3.4.1　伯努利方程的推導

3.4.2　伯努利方程的應用

思考題

習題

4.1　聲速和馬赫數

4.1.1　聲速

4.1.2　馬赫數（Ma）

4.2　滯止參數和臨界參數

4.2.1　滯止狀態

4.2.2　滯止參數

4.2.3　臨界參數

4.3　極限速度與速度係數

4.3.1　極限速度

4.3.2　速度係數

4.4　氣體動力學函數及其應用

4.4.1　氣流的靜參數與總參數之比的氣動函數

4.4.2　與流量有關的氣動函數

4.4.3　與衝力有關的氣動函數

思考題

習題

5.1 弱擾動在氣流中的傳播

5.1.1　弱擾動在靜止氣體中的傳播

……

附錄1　單位制與單位換算表

附錄2　第六章有關公式的推導

附錄3　國際標準大氣數值表

附錄4　一維等熵氣體動力學函數表（γ=1.4）

附錄5　一維等熵氣體動力學函數表（γ=1.33）

附錄6　一維等熵氣體動力學函數表（γ=1.25）

附錄7　超聲速氣流繞外凸角流動的數值表（γ=1.4）

附錄8　斜激波前後氣流參數表（完全氣體γ=1.4，δ取為整數）

附錄9　正激波前後氣流參數表（完全氣體γ=1.4）

附錄10　摩擦管流及換熱管流的數值表（γ=1.4）

參考文獻