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《飞机空气动力学》PPT课件


7.1 热力学基础
4、热力学过程
(1)可逆与不可逆过程 在热力学中,如果将变化过程一步一步倒回去,物系的一切热
力学参数都回到初始状态,且外界状态也都复旧,这样的过程则 是可逆过程,否则是不可逆过程。(如高温向低温传热,机械功 通过摩擦生热都是不可逆过程)可逆过程也称为准静态过程,或 连续的平衡态过程。 (2)绝热过程
热力学第一定律
– 流动物系的能量守恒定律:(绝热过程:dq=0)
dq du pd ( 1 ) 1 dp VdV dq dh VdV
rr
与静止物系的能量方程相比,流动物系的能量方程多了两项, 其中一项是 表示流体微团在体积不变的情况下,由于压强 变化引起的功(流体质点克服压差所做的功); 另一项是流体微团的宏观动能变化量。即:
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程 4)绝热过程在热力学变化过程中,与外界完全没有热量交换。 由能量方程得到:
在由理想气体的状态方程,有:
内能的变化为:
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
比热容:物系的温度每升高1℃所需的热量. 气体在定容变化的过程中,体积不变,1/ρ=常数.
这是静止物系的热力学第一定律。其中,dV表示物系的体积 变量,p表示物系的压强。如果用物系的质量去除上式,就 变成单位质量的能量方程。
单位质量流体的能量方程:
其中,密度的倒数是单位质量的体积。表示外界传给单位质 量流体的热量dq等于单位质量流体内能的增量与压强所做的 单位质量流体的膨胀功。
7.1 热力学基础
飞机空气动力学
授课人:飞行器工程学院 史卫成
飞机空气动力学
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.2 声速和马赫数
7.3 高速一维定常流 7.4 微弱扰动的传播区,马赫锥
7.5 膨胀波
7.6 激波7.7Fra bibliotek可压流边界层 7.8 激波与边界层的干扰
·重点:激波 ·难点:膨胀波
第7章 高速可压流动基础
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
1、状态方程与完全气体假设
热力学指出:任何气体的压强、密度、绝对温度不是独立的, 三者之间存在一定的关系。
函数称为状态方程。该方程的具体表达形式与介质种类、 温度、压强的不同有关。
一个物系的压强、密度、温度都是点的函数,彼此之间存在 一定的函数关系,但和变化过程无关,代表一个热力学状态。 p,T,r,u,h代表热力学状态参数,两个热力学参数可以确定 一个热力状态,如果取自变量为T,r,其它状态变量关系为:
1 热力学体系:用热力学去处理的客体是和周围环境的 其他物体划分开的一个任意形态的物理体系(物系).
这个体系的尺寸是宏观的.
2 物系与外界关系: ① 隔热体系:无物质交换,无能量交换; ② 封闭体系:无物质交换,有能量交换; ③ 开放体系:有物质交换,有能量交换.
高速流中遇到的情况,绝大多数属于隔绝体系和封闭体系。
由于 表示单位质量流体所具有的压能,故焓h表示单位质量 流体所具有的内能和压能之和。
焓的微分: dh du pd( 1 ) 1 dp
rr
表示气体焓的增量等于内能增量、气体膨胀功与压强差所做 的功之和。
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
3、热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学上的具体应用。其 物理意义是:外界传给一个封闭物质系统的热量等于该封闭 系统内能的增量与系统对外界所做机械功之和。对于一个微 小变化过程,有
高速飞行的特点
❖ 低速、亚音速和超音速流动的区别 ❖ 激波阻力(波阻) ❖ 声障(音障)
7.1 热力学基础知识
7.1.1 热力学的物系 7.1.2 热力学第一定律:内能和焓 7.1.3 热力学第二定律:熵 7.1.4 气体的状态方程,完全气体和真实气体
第7章 高速可压流动基础
7.1.1 热力学的物系
与外界完全没有热量交换,即dq=0,称为绝热过程。 (3)等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
在热力学中,内能u是状态的函数,而q不是状态函数。 因为其中的压力膨胀功不仅决定于过程的起点和终点,与变化过 程有关。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
1)等容过程
如果在变化过程中,单位质量气体的容积保持不变的过程称为 等容过程。此时气体的膨胀功为零。
定容过程的比定容热容cv:
cv
dq dT
du dT
, cv
(
u T
)
r
内能的改变量为:du=cvdT 气体作等压变化时,p=常数,dp=0:
dq dh
h
cv
dT
dT
, cv
( T
)r
焓的变化量:
dh cpdT
7.1 热力学基础
7.1.3 热力学第二定律,熵
通过引入熵状态参数,在不可逆过程中的变化来描述热力学 第二定律。熵是一个热能可利用部分的指标。其定义如下:
外界加入的热量全部用来增加介质的内能,即:
比热定义:单位质量介质温度每升高一度所需要的热量。 比热(比热容)数值的大小与具体热力学过程有关。
在等容过程中,比热称为等容比热, 用Cv表示。
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
2)等压过程
如果在变化过程中,气体的压强保持不变的过程称为等压过程。 此时气体的膨胀功不等于零。外界加入的热量一部分用来增加介 质的内能,另一部分用于气体的膨胀功。 在等压过程中,单位质量介质的温度每升高一度,所需要的热量, 称为定压比热,用Cp表示:
定压比热与定容比热的比值,称为气体的比热比。即:
在空气动力学中,在温度小于300C,压强 不高的情况下,一般Cp,Cv,g等于常数。
对于水
7.1 热力学基础
等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程
3)等温过程
在变化过程中,气体的温度保持不变的过程称为等温过程。 在等温过程中,内能不变,热量与膨胀功相等。 单位质量气体所做的功为
7.1 热力学基础
7.1.2 热力学第一定律:内能和焓
2、内能、焓
气体内能是指分子微观热运动(与温度有关)所包含的动能与 分子之间存在作用力而形成分子相互作用的内部位能之和。 对于完全气体而言,分子之间无作用力,单位质量气体的内 能u仅仅是温度的函数。 在热力学中,常常引入另外一个代表热含量的参数h(焓):
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