气体动力学

本书系统介绍了气体动力学的基本概念、基本理论、基本计算方法，以及气体动力学在日常生活、工程实践、科学研究上的广泛应用。全书共10章，主要内容包括流体属性及流体静力学、流体运动的基本概念和基本方程、重要的气流参数和气体动力学函数、膨胀波、激波、一维定常管内气体流动、黏性流体流动的基本知识、不可压平面势流、低速机翼理论基础和高速机翼气动特性。与本书配套出版的《气体动力学同步学习指导及习题详解》可供读者选用。本书融科学性、知识性和趣味性于一体，可作为高等院校飞行器动力工程、航天/航空工程、兵器工程等专业的教材和工程热物理、燃气轮机、船舶工程等专业的教学参考书，也可供相关工程技术人员参考使用。

前言
第1章流体属性及流体静力学1
1.1连续介质假设1
1.1.1连续介质假设的提出和使用条件1
1.1.2连续介质中一点处的密度2
1.2流体的基本性质3
1.2.1气体的热力学性质3
1.2.2流体的压缩性和膨胀性4
1.2.3流体的黏性5
1.3作用在流体上的力8
1.3.1质量力和表面力8
1.3.2流体静压强及其特性8
1.4流体静平衡微分方程及其积分10
1.4.1流体静平衡微分方程10
1.4.2重力场中流体静平衡微分方程的积分12
1.4.3国际标准大气13
趣味气体动力学1——舰船摩擦阻力的由来15
思考题一15
习题一15
第2章流体运动的基本概念和基本方程17
2.1描述流体运动的方法和基本概念17
2.1.1描述流体运动的方法17
2.1.2流体运动的分类20
2.1.3迹线、流线、流管和流面21
2.2系统和控制体24
2.3雷诺输运定理25
2.4连续方程26
2.4.1适用于所有流动的一般形式的连续方程26
2.4.2一维定常流动的连续方程27
2.5动量方程30
2.5.1适用于所有流动的积分形式的动量方程31
2.5.2适用于所有流动的微分形式的动量方程31
2.5.3一维定常流动的积分形式的动量方程33
2.5.4一维定常流动的微分形式的动量方程35
2.6动量矩方程37
2.6.1适用于所有流动的一般形式的动量矩方程37
2.6.2直角坐标系下一维定常流动的动量矩方程38
2.6.3柱坐标系中对z轴的一维定常流动的动量矩方程38
2.7伯努利方程39
2.7.1一般形式的伯努利方程40
2.7.2特殊情况下的伯努利方程40
2.7.3伯努利方程的应用42
2.8能量方程45
2.8.1适用于所有流动的一般形式的能量方程45
2.8.2一维定常流动的能量方程47
2.8.3特殊情况下的能量方程48
趣味气体动力学2——是谁破坏了船用螺旋桨？50
思考题二50
习题二51
第3章重要的气流参数和气体动力学函数53
3.1声速和马赫数53
3.1.1声速53
3.1.2马赫数55
3.2滞止参数56
3.2.1滞止参数的概念57
3.2.2滞止参数的变化规律58
3.2.3滞止参数的使用说明59
3.3几个重要的气流参数60
3.3.1极限速度60
3.3.2临界参数60
3.3.3速度系数61
3.4气体动力学函数63
3.4.1τ函数、π函数和ε函数63
3.4.2流量函数64
3.4.3冲量函数67
趣味气体动力学3——夏天，两楼之间的通道里为何凉快？68
趣味气体动力学4——简易淋浴器的工作原理68
思考题三69
习题三69
第4章膨胀波70
4.1微弱扰动在气流中的传播70
4.1.1微弱扰动在气流中的传播规律70
4.1.2微弱扰动对二维超声速流动的影响73
4.2膨胀波的形成和特点74
4.3微弱压缩波的形成和特点76
4.4膨胀波和微弱压缩波的计算77
4.4.1膨胀波和微弱压缩波的计算公式77
4.4.2膨胀波和微弱压缩波的计算步骤79
4.5膨胀波的反射和相交81
4.5.1连续的膨胀波系的近似表示81
4.5.2膨胀波在固体壁面上的反射82
4.5.3膨胀波在自由边界上的反射82
4.5.4膨胀波的相交83
趣味气体动力学5——汽车速度与微弱扰动的传播84
思考题四85
习题四85
第5章激波86
5.1激波简介86
5.1.1激波的特点86
5.1.2激波的分类86
5.2IE激波87
5.2.1正激波的形成87
5.2.2正激波前后气流参数间的关系88
5.2.3激波稳定条件的分析90
5.2.4正激波的几个重要性质91
5.3斜激波92
5.3.1斜激波的形成92
5.3.2斜激波前后气流参数间的关系93
5.3.3斜激波图线的分析95
5.4激波阻力99
5.5激波的反射和相交101
5.5.1激波在固体壁面上的反射101
5.5.2激波在自由边界上的反射102
5.5.3激波的相交103
5.6锥面激波104
5.6.1锥面激波的形成和特点104
5.6.2锥面激波的求解步骤107
趣味气体动力学6——激波阻力108
思考题五108
习题五108
第6章一维定常管内气体流动110
6.1变截面管流110
6.1.1截面变化对气流参数的影响110
6.1.2收缩喷管113
6.1.3拉瓦尔喷管118
6.2等截面摩擦管流124
6.2.1摩擦对气流参数的影响124
6.2.2摩擦管流的计算127
6.2.3摩擦壅塞130
6.2.4反压对摩擦管流的影响133
6.3换热管流136
6.3.1热量交换对管内气流参数的影响136
6.3.2换热管流的计算139
6.3.3加热壅塞140
6.4变流量管流142
6.4.1流量变化对气流参数的影响142
6.4.2附加流量垂直于主流的情况144
趣味气体动力学7——热阻145
思考题六146
习题六146
第7章黏性流体流动的基本知识148
7.1黏性流体的流动状态148
7.1.1雷诺实验148
7.1.2流动状态的判别方法149
7.1.3雷诺数的物理意义150
7.2管内流体流动的速度分布151
7.2.1充分发展的流动151
7.2.2充分发展的层流流动的速度分布151
7.2.3充分发展的湍流流动的速度分布152
7.3水头损失的概念和计算154
7.3.1沿程损失的概念和计算154
7.3.2局部损失的概念和计算155
7.4简单管路和复杂管路157
7.4.1简单管路157
7.4.2复杂管路158
7.5边界层的知识160
7.5.1边界层的概念和特点161
7.5.2平板边界层的求解163
7.5.3压差阻力与边界层分离167
7.5.4边界层与激波的相互干扰170
趣味气体动力学8——血压计的工作原理171
思考题七171
习题七172
第8章不可压平面势流173
8.1旋涡流动173
8.1.1涡量和速度环量173
8.1.2涡线和诱导速度174
8.2无旋不可压流的控制方程175
8.2.1速度势175
8.2.2拉普拉斯方程176
8.2.3流函数176
8.3二维不可压势流基本解177
8.3.1直匀流178
8.3.2点源和点汇178
8.3.3偶极子179
8.3.4点涡181
8.4简单流动的叠加181
8.4.1直匀流和点源的叠加181
8.4.2直匀流和偶极子的叠加182
8.4.3直匀流、偶极子、点涡的叠加186
思考题八189
习题八190
第9章低速机翼理论基础191
9.1机翼的几何参数191
9.1.1翼型的几何参数191
9.1.2机翼的平面形状与翼型沿展向的配置193
9.2翼型的低速气动特性194
9.2.1升力产生的原理194
9.2.2升力特性198
9.2.3力矩特性200
9.2.4阻力特性和极曲线201
9.3有限翼展机翼的低速气动特性202
9.3.1大展弦比直机翼的低速气动特性202
9.3.2后掠翼的低速气动特性208
9.3.3三角翼的低速气动特性211
趣味气体动力学9——雁群“人字形”飞行的奥秘213
思考题九214
习题九214
第10章高速机翼气动特性216
10.1亚声速机翼的气动特性216
10.1.1压缩性对翼型表面压强分布的影响216
10.1.2翼型和机翼的亚声速气动特性分析和估算217
10.2跨声速机翼的气动特性219
10.2.1跨声速翼型的气动特性219
10.2.2跨声速机翼气动特性分析223
10.3超声速机翼的气动特性224
10.3.1超声速翼型的气动特性224
10.3.2超声速三维翼的气动特性227
10.4高超声速机翼气动特性230
10.4.1高超声速绕流流谱230
10.4.2牛顿理论231
10.4.3高超声速机翼的升阻力特性233
趣味气体动力学10——声障和热障235
思考题十235
习题十235
参考文献237
附录气体动力学数值表238