气体动力学

　　《气体动力学》基于中国科学院大学研究生课程积累，以可压缩气体动力学为主线，从气体可压缩流动的基本概念与基本方程组出发，涵盖了一维定常流动、膨胀波与斜激波、一维非定常流动等气体动力学经典知识架构；在此基础上，融合了激波相互作用、风洞气体动力学、气体动力学实验等较为深入的细化专业领域；最后对高超声速气体流动以及高温热化学反应气体流动展开详细阐述。《气体动力学》共9章，包括绪论、基本概念、基本方程组、一维定常流动、膨胀波与斜激波、一维非定常流动、高超声速气体流动、高温热化学反应气体流动、气体动力学实验等。

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目录前言第1章 绪论 1 1.1 气体动力学研究范畴 1 1.2 气体动力学发展史 1 1.2.1 航海时代与水动力学(—1870) 2 1.2.2 低速航空时代与气体动力学的奠基(1870—1935) 2 1.2.3 高速航空时代与气体动力学的大发展(1935—1950) 6 1.2.4 高超声速航天时代与气动热力学和气动热化学的大发展(1950—今) 9 1.3 气体动力学研究方法 15 1.4 本书结构 19 参考文献 19 第2章 基本概念 20 2.1 气体可压缩性 20 2.2 连续介质假设 21 2.3 热完全气体与真实气体 22 2.4 气体热力学基本定律与基本方程 23 2.4.1 热力学状态与过程 23 2.4.2 热力学势函数 25 2.4.3 热力学第一定律 27 2.4.4 热力学第二定律 28 2.4.5 热力学基本方程 29 2.5 热完全气体的热力学特性 30 2.5.1 热完全气体的量热状态方程 30 2.5.2 热完全气体的等熵关系式 34 2.6 声速与马赫数 35 2.6.1 声速 35 2.6.2 马赫数 37 2.6.3 小扰动传播特性 38复习思考题 40 第3章 基本方程组 42 3.1 引言 42 3.2 气体运动的两种描述观点(方法) 46 3.2.1 拉格朗日描述观点(方法) 46 3.2.2 欧拉描述观点(方法) 46 3.2.3 物理量的物质导数的变换关系(微分形式) 47 3.2.4 有限质量系统积分形式的物质导数 48 3.3 气体动力学基本方程组 51 3.3.1 连续性方程——质量守恒方程 51 3.3.2 理想气体的动力学方程 52 3.3.3 理想气体的能量方程 55 3.3.4 理想气体动力学基本方程组汇总 57 复习思考题 59 第4章 一维定常流动 61 4.1 引言 61 4.2 绝热流与等熵流的基本关系 62 4.2.1 一维绝热流动能量方程及其特征常数 62 4.2.2 无量纲速度 65 4.2.3 沿流线的绝热流和等熵流关系式 65 4.3 广义一维定常流动的基本方程组 67 4.3.1 制约因素与控制方程 67 4.3.2 基本方程组 72 4.3.3 流动特性参数的微分关系式 73 4.4 变截面等熵流动 74 4.5 定常正激波 83 4.5.1 定常正激波的形成 83 4.5.2 定常正激波的基本关系式 85 4.5.3 定常正激波关系的应用 91 4.5.4 拉瓦尔喷管的流动特征 93 4.6 等截面绝热摩擦管流 99 4.6.1 等截面绝热摩擦管流控制方程 99 4.6.2 等截面绝热摩擦管流参数计算 101 4.6.3 等截面绝热摩擦管流的最大管长和摩擦壅塞 1044.7 等截面加热管流 106 4.7.1 等截面加热管流的基本控制方程 106 4.7.2 等截面加热管流的参数计算 108 4.7.3 等截面加热管流的壅塞 111 4.8 简单添质管流 112 复习思考题 115 第5章 膨胀波与斜激波 121 5.1 膨胀波 121 5.1.1 P-M膨胀波流动特征与基本关系 121 5.1.2 P-M膨胀波流动几何解法 122 5.2 斜激波 124 5.2.1 激波的由来 124 5.2.2 斜激波的工程实例 125 5.2.3 斜激波与正激波的关系 126 5.2.4 斜激波基本关系式 128 5.2.5 激波极线 133 5.2.6 斜激波的熵增与总压损失 136 5.3 激波反射与相互作用138 5.3.1 激波反射问题 138 5.3.2 定常流动中激波反射结构的分类与转捩准则 140 5.3.3 激波马赫反射结构 143 5.3.4 非对称激波反射 144 5.3.5 激波反射转捩的迟滞现象 150 5.3.6 三维激波反射现象 153 复习思考题 156 参考文献 161 第6章 一维非定常流动 165 6.1 特征线理论、控制方程及其相容关系 165 6.1.1 特征线理论简介 165 6.1.2 一维非定常流动特征线方程及其相容关系 168 6.2 一维非定常均熵流动170 6.2.1 一维非定常均熵流动特征线及其相容关系 170 6.2.2 简单波 173 6.3 间断流动 174 6.3.1 一维运动激波 1746.3.2 一维运动激波的反射 178 6.4 激波管/风洞原理 180 复习思考题 193 参考文献 196 第7章 高超声速气体流动 197 7.1 引言 197 7.2 高超声速流动特征 200 7.2.1 薄激波层 200 7.2.2 熵层 201 7.2.3 黏性干扰 202 7.2.4 高温效应 203 7.2.5 低密度效应 207 7.3 高超声速流动中的斜激波与膨胀波 208 7.4 高超声速无黏流动的简化求解方法：局部物面倾角法 211 7.4.1 牛顿方法 211 7.4.2 切楔法与切锥法 217 7.5 高超声速无黏流动的近似求解方法 218 7.5.1 高超声速无黏流动控制方程 218 7.5.2 马赫数无关原理 219 7.5.3 高超声速小扰动方程 222 7.5.4 高超声速细长体流动相似律 226 7.5.5 高超声速细长体流动的近似求解 229 7.5.6 高超声速流动等效原理 231 7.5.7 高超声速流动爆炸波理论 235 7.5.8 高超声速流动薄激波层理论 240 7.6 高超声速黏性流动 244 7.6.1 黏性流动控制方程与相似参数 244 7.6.2 高超声速边界层流动控制方程 247 7.6.3 高超声速边界层流动自相似解 250 参考文献 261 第8章 高温热化学反应气体流动 263 8.1 引言 263 8.2 气体热化学 263 8.3 化学反应动力学 267 8.3.1 化学反应质量作用定律 2678.3.2 化学反应速率常数理论 269 8.3.3 链式反应机制 271 8.4 化学反应气体流动实例与数值模拟方法——气相爆轰 273 8.4.1 气相爆轰气体动力学基础理论 274 8.4.2 气相爆轰热化学过程的数学模型 278 8.4.3 气相爆轰基元反应控制方程与数值算法 280 8.4.4 气相爆轰数值模拟与分析案例 285 参考文献 290 第9章 气体动力学实验 292 9.1 引言 292 9.2 风洞及其发展简史 292 9.2.1 风洞的诞生 293 9.2.2 亚声速风洞 295 9.2.3 跨声速风洞 296 9.2.4 超声速风洞 298 9.2.5 高超声速风洞 300 9.2.6 世界主要风洞群 301 9.3 风洞结构及其空气动力学 302 9.4 气动实验与测量 308 9.4.1 压力测量 308 9.4.2 温度与热流测量 311 9.4.3 速度测量 316 9.4.4 气动力测量 317 9.4.5 流场显示 319 9.4.6 高超声速气动试验案例 321 9.5 大型高超声速激波风洞研究进展 325 9.5.1 概述 325 9.5.2 高焓流动设备研制进展 327 9.5.3 高焓流动测量与诊断技术 346 9.5.4 展望 352 参考文献 353 附录 358 附录1 一维等熵流动参数表(量热完全气体，γ=1.4) 358 附录2 正激波气流参数表(量热完全气体，γ=1.4) 365 附录3 斜激波气流参数表(量热完全气体，γ=1.4) 370附录4 二维超声速等熵流动参数表(量热完全气体，γ=1.4) 387 附录5 等截面绝热摩擦管流参数表(量热完全气体，γ=1.4) 389 附录6 等截面无摩擦加热管流参数表(量热完全气体，γ=1.4) 391 附录7 大气参数表 393