工程流体力学课件-气体一维高速流动.pptx

第七章气体一维高速流动

u第一节微弱扰动波的传播

u第二节气体一维定常等熵流动

u第三节气体一维定常等熵变截面管流

u第四节正激波

前几章讨论的是不可压缩流体的流动，例如对于液体，即使在较高的压强下密度的变

化也很微小，所以在一般情况下，可以把液体看成是不可压缩流体。对于气体来说，

可压缩的程度比液体要大得多。但是当气体流动的速度远小于在该气体中声音传播的

速度（即声速）时，密度的变化也很小。例如空气的速度等于50m/s，这数值比常温

20℃下空气中的声速343m/s要小得多，这时空气密度的相对变化仅百分之一。所以为

简化问题起见，通常也可忽略密度的变化，将密度近似地看作是常数，即在理论上把

气体按不可压缩流体处理。当气体流动的速度或物体在气体中运动的速度接近甚至超

过声速时，如果气体受到扰动，必然会引起很大的压强变化，以致密度和温度也会发

生显著的变化，气体的流动状态和流动图形都会有根本性的变化，这时就必须考虑压

缩性的影响。气体动力学就是研究可压缩流体运动规律以及在工程实际中应用的一门

科学。本章中仅主要讨论气体动力学中一些最基本的知识。

第一节微弱扰动波的传播

dV

dpdp

如图7-1所示，在一个截面积为A、足够长的直圆管中充满了静止的气体，将圆管左端的活塞以微小速度

向右轻微地推动一下，使活塞右侧的气体压强升高一个微小增量，所产生的微弱压强扰动向右传

播。活塞将首先压缩紧贴活塞的那一层气体，这层气体受压后，又传及下一层气体，这样依次一层一层地

传下去，就在圆管中形成一个不连续的微弱的压强突跃，就是压缩波mn，它以速度向右推进。压缩波

面mn是受活塞微小推移的影响而被扰动过的气体与未被扰动过的静止气体的分界面。设在压缩波前未被

扰动过的静止气体的压强为、密度为、温度为，波后已被扰动过的气体以与活塞的微小运动

同样的微小速度向右运动，其压强增高到，密度和温度也相应增加到

和。

pT

dV

pdpdTdT

微弱扰动波的一维传播

图7-1微

弱扰动波

的一维传

播

T

dTdT

单击此处添加小标题dt单击此处添加小标题

显然，这是不定常流动。为了得到定常流动，可以设想观察者随波面mn一起以速

l化简后，得

度