燃气涡轮发动机01-基础知识

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1、 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机 第第 1 章章 基础知识基础知识第第1章章 基础知识基础知识pp力学力学力学力学研研研研究究究究物物物物质质质质运运运运动动动动基基基基本本本本规规规规律律律律及及及及其其其其应应应应用用用用的的的的科科科科学学学学。主主主主要要要要内内内内容容容容包包包包括括括括：物物物物体体体体运动状态的描述及牛顿运动定律等。运动状态的描述及牛顿运动定律等。运动状态的描述及牛顿运动定律等。运动状态的描述及牛顿运动定律等。pp热力学热力学热力学热力学研研研研究究究究能能能能量量量量及及及及其其其其转转转转换换换换的的的的科科科科学学学学。主主主主要要要要内内内内容容容容包包包

2、包括括括括：热热热热力力力力学学学学的的的的基基基基本本本本定定定定律律律律，即即即即热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律和和和和热热热热力力力力学学学学第第第第二二二二定定定定律律律律；工工工工质质质质的的的的热热热热力力力力性性性性质质质质和和和和热热热热力力力力过程等。过程等。过程等。过程等。pp气体动力学气体动力学气体动力学气体动力学研研研研究究究究气气气气体体体体在在在在流流流流动动动动过过过过程程程程中中中中，气气气气体体体体与与与与气气气气体体体体、气气气气体体体体与与与与固固固固体体体体之间相互作用所遵循的规律及参数的变化规律。之间相互作用所遵循的规律及参数

3、的变化规律。之间相互作用所遵循的规律及参数的变化规律。之间相互作用所遵循的规律及参数的变化规律。pp传热学传热学传热学传热学研究对象是热量传递的规律。研究对象是热量传递的规律。研究对象是热量传递的规律。研究对象是热量传递的规律。 3 31.1物质物态和相变物态和相变pp物态物态：构成物质的粒子的聚集状态叫物态。构成物质的粒子的聚集状态叫物态。物态有三种，即固态；液态和气态。物态有三种，即固态；液态和气态。pp相变相变：由一种物态向另一种物态的转变叫相变。：由一种物态向另一种物态的转变叫相变。相变相变有：有：有：有：uu由气态变为液态叫由气态变为液态叫液化液化；( (放热放热) )，uu由液态变

4、为气态叫由液态变为气态叫汽化汽化；( (吸热吸热) )，uu由液态变为固态叫由液态变为固态叫凝结凝结；( (放热放热) )，uu由固态变为液态叫由固态变为液态叫熔解熔解；( (吸热吸热) )，uu由固态变为气态叫由固态变为气态叫升华升华；( (吸热吸热) )，uu由气态变为固态叫由气态变为固态叫结晶结晶。( (放热放热) )。 pp三相点三相点物物质质的的汽汽化化曲曲线线，熔熔解解曲曲线线和和升升华华曲曲线线的的交交点点称称为为三三相相点点。或或是是物物质的质的固态，液态和气态共存的温度点固态，液态和气态共存的温度点。4 41.2 物体的运动-牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿运动定律pp一、牛顿第

5、一定律一、牛顿第一定律任任何何物物体体都都保保持持静静止止的的或或沿沿一一直直线线作作匀匀速速运运动动的的状状态态，直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止牛牛顿顿第一定律指明了任何物体都具有第一定律指明了任何物体都具有惯惯性性所所谓谓惯惯性性，就就是是物物体体所所具具有有的的保保持持其其原原有有运运动动状状态态不不变变的特性。的特性。5 51.2 物体的运动-惯性参考系牛顿运动定律pp惯惯性参考系性参考系运运动动只有相只有相对对于一定的参考系才有意于一定的参考系才有意义义在在这这种种参参考考系系中中观观察察，一一个个不不受受力力作作用用的的物物体体

6、或或处处于于受受力力平平衡衡状状态态下下的的物物体体，将将保保持持其其静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动的的状状态态不不变变，这样这样的参考系称的参考系称为惯为惯性参考系性参考系并非任何参考系都是并非任何参考系都是惯惯性系性系对对一一般般力力学学现现象象来来说说，地地面面参参考考系系是是一一个个足足够够精精确确的的惯惯性系性系uu牛牛顿顿定律只有在定律只有在惯惯性参考系中才成立。性参考系中才成立。 pp非惯性坐标系非惯性坐标系相相对对于于惯惯性性参参照照系系做做变变速速运运动动的的参参照照系系是是非非惯惯性性参参照照系系，在非惯性参照系中的物体会受到惯性力作用在非惯性参照系中的物体会受到惯性

7、力作用 6 61.2 物体的运动-牛顿第三定律牛顿运动定律pp牛顿第三定律牛顿第三定律pp两两个个物物体体之之间间的的作作用用力力和和反反作作用用力力，在在同同一一直直线线上，上， 大小相等而方向相反大小相等而方向相反7 71.2 物体的运动-力1.2.3 牛顿运动定律pp重力pp弹力:胡克定律 pp摩擦力:静摩擦力 ,动摩擦力pp万有引力8 81.2 物体的运动-重力重力pp地球表面附近的物体都受到地球的吸引作用受到的力叫做重力。 W W= =mgmguu式中式中m m为质量为质量, , 质量为物体中所包含物质的多少。质量为物体中所包含物质的多少。 其法定计量单位为其法定计量单位为公斤。公斤

8、。9 91.2 物体的运动-弹弹力力弹弹力力pp发发生生形形变变的的物物体体，由由于于要要恢恢复复原原状状，对对与与它它接接触触的的物物体体会会产生力的作用，这种力叫弹力，又叫恢复力。产生力的作用，这种力叫弹力，又叫恢复力。pp弹弹力力是是产产生生在在直直接接接接触触的的物物体体之之间间并并以以物物体体的的形形变变为为先先决决条件的。条件的。pp胡克定律胡克定律在弹性限度内，弹力大小和形变成正比在弹性限度内，弹力大小和形变成正比F FMXMX式中式中M M叫弹簧的劲度系数，叫弹簧的劲度系数， 负号表示弹力的方向总是负号表示弹力的方向总是 和弹簧位移的方向相反，和弹簧位移的方向相反， 这就是说，

9、弹力总是指向这就是说，弹力总是指向 要恢复它原长的方向。要恢复它原长的方向。10101.2 物体的运动-摩擦力摩擦力摩擦力pp两两个个相相互互接接触触的的物物体体在在沿沿接接触触面面相相对对运运动动时时，或或者者有有相相对对运运动动的的趋趋势势时时，在接触面之，在接触面之间产间产生一生一对对阻止相阻止相对对运运动动的力，叫做摩擦力。的力，叫做摩擦力。pp静摩擦力静摩擦力相相互互接接触触的的两两个个物物体体在在外外力力作作用用下下，虽虽有有相相对对运运动动的的趋趋势势，但但并并不不产产生相生相对对运运动动，这时这时的摩擦力叫静摩擦力。的摩擦力叫静摩擦力。物体所受到的静摩擦力与物体所受到的静摩擦力

10、与该该物体的运物体的运动趋势动趋势的方向相反。的方向相反。静静摩摩擦擦力力的的大大小小视视外外力力的的大大小小而而定定，介介乎乎0 0和和某某个个最最大大静静摩摩擦擦力力之之间间。 pp动动摩擦力摩擦力当当外外力力超超过过最最大大静静摩摩擦擦力力时时，物物体体间间产产生生了了相相对对运运动动，这这时时也也有有摩擦力，叫做滑动摩擦力。摩擦力，叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力也与正压力成正比。滑动摩擦力也与正压力成正比。对对于于给给定的一定的一对对接触面来接触面来说说， , ,一般两者都小于一般两者都小于1 1。 11111.2 物体的运动-万有引力万有引力pp任何两个物体之间的吸引力叫万有引力。pp牛

11、顿万有引力定律：对对于于质质量量分分别别为为m m1 1和和m m2 2的的两两个个质质点点 相相距距为为r r时时，它们之间的引力它们之间的引力F F为：为： F F=G=G0 0m m1 1m m2 2 /r/r2 2式中式中G G0 0叫万有引力常量叫万有引力常量 其数值为其数值为 G G0 0 6.67106.6710-11-11NmNm2 2/ /kg kg 2 2pp重力是由地球对它表面附近的物体的引力引起的万有引力 。 12121.2 物体的运动-牛顿第二定律四、牛顿第二定律:pp F F= =mamapp牛牛顿顿第第二二定定律律表表明明物物体体的的加加速速度度和和所所受受的的力

12、力，它它们们同同时时存存在在，同同时时改改变变，同同时时消消失失。一一旦旦作作用用在在物物体体上上的的外外力力被被撤撤去去，物物体体的的加加速速度度立立即即消消失失，但但这这并并不不意意味味着着物物体体停停止止运运动动，按按照照牛牛顿顿第第一一定定律律，这这时时物物体体将将作作匀匀速速直直线线运运动动，这这正是惯性的表现。正是惯性的表现。pp物物体体有有无无运运动动，表表现现在在它它有有无无速速度度，而而运运动动有有无无改改变变，则则要要取取决决于于它它有有无无加加速速度度。如如果果有有加加速速度度，则则作作用用在在物物体体上上的外力一定存在，的外力一定存在，力是产生加速度的原因。力是产生加速

13、度的原因。pp该力为合力该力为合力13131.2 物体的运动-力的叠加原理力的叠加原理力的叠加原理pp如如果果几几个个力力同同时时作作用用在在一一个个物物体体上上，则则物物体体产产生生的的加加速速度度等等于于每每个个力力单单独独作作用用时时产产生生的的加加速速度度的的叠叠加加，也也等等于于这这几几个个力力的的合合力力产产生生的的加加速速度度。这这一一结论结论叫做叫做力的独立性原理力的独立性原理，又叫力的叠加原理。，又叫力的叠加原理。 在在某某一一瞬瞬间间，作作用用在在物物体体上上的的所所有有外外力力的的合合力力等等于于物物体体动动量量的的变变化化率率，而而且且合合力力的的方方向向与与动动量量变

14、变化化率率的的方方向向相相同。同。14141.2 物体的运动-振动振动15151.2 物体的运动-振动振动1.2.41.2.4振动振动自由振动自由振动: :不在外力作用下的振动叫做自由振动。不在外力作用下的振动叫做自由振动。 受迫振动受迫振动: :物体在周期性外力的作用下产生的振动，物体在周期性外力的作用下产生的振动，叫做受迫振动。叫做受迫振动。uu振幅振幅: : 振动物体离开平衡位置的最大距离。它的振动物体离开平衡位置的最大距离。它的大小大小, , 说明物体振动的说明物体振动的强弱强弱程度。程度。uu周期周期: : 物体完成一次全振动所经历的时间。物体完成一次全振动所经历的时间。uu频频率率

15、: : 单单位位时时间间内内物物体体完完成成全全振振动动的的次次数数。物物体体作作自自由由振振动动时时的的频频率率叫叫做做自自由由振振动动频频率率, , 或或叫叫固固有频率。有频率。16161.2 物体的运动-振动振动1.2.41.2.4振动振动理理论论和和实实验验都都证证明明, , 物物体体的的自自由由振振动动频频率率的的高高低低, , 完完全全由由物物体体本本身身的的性性质质( (刚刚度度、质质量量、尺寸等尺寸等) )决定决定, , 而与外力的大小无关。而与外力的大小无关。共共振振：当当物物体体振振动动的的自自由由频频率率与与外外力力频频率率接接近近或或一一致致时时, , 物物体体振振动动

16、的的振振幅幅会会急急剧剧增增大大, , 这这种种现现象象叫叫做做共共振振。在在机机械械结结构构中中, , 共共振振的的破坏性很大破坏性很大, , 必须加以防止必须加以防止。 17171.3热力学基础1.3.11.3.1热力学的基本概念热力学的基本概念pp系统（热力系）：系统（热力系）：在热力学中将研究对象的物质及其所在在热力学中将研究对象的物质及其所在的空间称为系统。的空间称为系统。pp外界外界：系统之外能够以某种方式与系统发生相互作用的局部：系统之外能够以某种方式与系统发生相互作用的局部区域内的物质称为外界。区域内的物质称为外界。pp界面界面：系统与外界之间的分界面称为界面。：系统与外界之间

17、的分界面称为界面。界面可以是真实的界面可以是真实的, , 也可以是假想也可以是假想的的; ; 可以是固定的可以是固定的, , 也可以是运动的。也可以是运动的。系统与外界之间的相互作用是指能量（包括热量和功）交系统与外界之间的相互作用是指能量（包括热量和功）交换和质量交换。换和质量交换。18181.3热力学基础系统的分类：系统的分类：pp闭口系：闭口系：与外界无质量交换的系统称为闭口系。与外界无质量交换的系统称为闭口系。特点是系统中包含工质的质量保持不变。特点是系统中包含工质的质量保持不变。pp开口系：开口系：与外界有质量交换的系统称为开口系。与外界有质量交换的系统称为开口系。特点是系统的容积保

18、持不变。特点是系统的容积保持不变。pp绝热系：绝热系：与外界无热量交换的系统称为绝热系。与外界无热量交换的系统称为绝热系。pp孤立系：孤立系：与外界既无质量的交换也无能量的交换称为孤立系。与外界既无质量的交换也无能量的交换称为孤立系。特点是系统中包含工质的质量和能量均保持不变。特点是系统中包含工质的质量和能量均保持不变。pp简单可压缩简单可压缩系：由可压缩流体构成系：由可压缩流体构成, , 与外界只交换热量和一与外界只交换热量和一种模式功的系统称为简单可压缩系。种模式功的系统称为简单可压缩系。pp这种系统与外界交换功的模式为容积功。这种系统与外界交换功的模式为容积功。19191.3热力学基础状

19、态状态：pp在某一指定的瞬间系统所呈现的一切宏观性质的综合表现称为系统的状态。在某一指定的瞬间系统所呈现的一切宏观性质的综合表现称为系统的状态。系统可能呈现各种不同的状态系统可能呈现各种不同的状态, , 其中具有特别重要意义的是平衡状态。其中具有特别重要意义的是平衡状态。uu平衡状态平衡状态：所谓平衡态是系统与外界不发生相互作用的条件下：所谓平衡态是系统与外界不发生相互作用的条件下, , 其宏观性质不随时其宏观性质不随时间变化的状态。间变化的状态。热力过程热力过程pp系统从一个平衡态向另一个平衡态变化时所经历的全部状态的总和称为热系统从一个平衡态向另一个平衡态变化时所经历的全部状态的总和称为热

20、力过程。力过程。pp热力过程根据其性质可分为热力过程根据其性质可分为: : 准静态过程、不平衡过程、可逆过程和不可准静态过程、不平衡过程、可逆过程和不可逆过程等。逆过程等。pp准静态过程准静态过程： 由一系列无限接近于内部平衡状态的状态所组成由一系列无限接近于内部平衡状态的状态所组成, , 而且以而且以几乎趋近于零的速度进行的热力过程称为准静态过程几乎趋近于零的速度进行的热力过程称为准静态过程, , 或称为准平衡过程或称为准平衡过程和内部平衡过程。和内部平衡过程。 pp可逆过程可逆过程：系统在经历某一热力过程后：系统在经历某一热力过程后, , 能够简单地逆转能够简单地逆转, , 使系统和外界使

21、系统和外界可以同时完全复原的过程称为可逆过程可以同时完全复原的过程称为可逆过程, , 否则是不可逆过程。否则是不可逆过程。pp循环：循环：封闭的热力过程称为热力循环封闭的热力过程称为热力循环, , 简称为循环。此时系统从一个平衡简称为循环。此时系统从一个平衡态经过一系列的状态又回到原来的状态。态经过一系列的状态又回到原来的状态。20201.3热力学基础-温度状态状态参数参数：描写系统性质的宏观物理量。：描写系统性质的宏观物理量。基本状态参数基本状态参数： 可以直接测量的状态参数称为基本状态参数。可以直接测量的状态参数称为基本状态参数。例如温度、压力、比容等。例如温度、压力、比容等。pp温度温度

22、：温度表示物体的冷热程度。它是描写处于热平衡状态温度表示物体的冷热程度。它是描写处于热平衡状态的系统宏观特性的物理量。的系统宏观特性的物理量。温温标标：温温度度的的数数值值表表示示法法称称为为温温标标。分分为为热热力力学学温温标标、摄摄氏氏温温标标、华华氏温标等。氏温标等。uu热热力力学学温温标标是是与与测测温温物物质质的的性性质质无无关关的的温温标标，单单位位为为开开尔尔文文，代代号号为为K K，以以标标准准大大气气压压下下水水的的三三相相点点为为唯唯一一的的基基准准点点，并并规规定定水水的的三三相相点点的的温温度度为为273.16K273.16K，温度单位为温度单位为1/273.161/2

23、73.16。uu摄摄氏氏温温标标是是选选用用标标准准大大气气压压下下水水的的两两相相点点（冰冰水水混混合合物物）为为0 0度度，沸沸点点为为100100度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。uu热力学温度与摄氏温度之间的关系：热力学温度与摄氏温度之间的关系：uu T T（K K）tt273.15273.15uu华华氏氏温温标标是是选选用用标标准准大大气气压压下下水水的的两两相相点点（冰冰水水混混合合物物）为为3232度度， 沸沸点点为为212212度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的

24、温标。uu摄氏温度与摄氏温度与华氏温华氏温度之间的关系度之间的关系uu t tc c= =（t tF F-32-32）5/95/9； T TF F=32+9t=32+9tc c/5/521211.3热力学基础-压力压力压力pp单位面积上所承受的垂直方向的作用力称为压强或称为压力。单位面积上所承受的垂直方向的作用力称为压强或称为压力。pp压力的压力的法定计量单位是帕斯卡法定计量单位是帕斯卡，简称为帕，用，简称为帕，用PaPa表示。表示。pp 1Pa=1N/1Pa=1N/m m2 2 1MPa=10 1MPa=106 6PaPa；1bar=101bar=105 5PaPapp绝对压力绝对压力：系统

25、的真实压力是绝对压力。：系统的真实压力是绝对压力。绝对压力的基准点是绝对真空。绝对压力的基准点是绝对真空。pp表压力表压力：系统的真实压力超出当地大气压力的部分叫表压。：系统的真实压力超出当地大气压力的部分叫表压。pp p pg g= =p p - - p p0 0pp真空度真空度：系统的真实压力低于当地大气压力的部分叫真空度。：系统的真实压力低于当地大气压力的部分叫真空度。pp p pv v= =p p0 0 - - p p注注意意：表表压压和和真真空空度度都都不不是是状状态态参参数数，因因为为它它们们的的数数值值不不但但与与系系统统的的真真实实压压力力有有关关，而而且且与与当当地地的的大大

26、气气压压力力有有关。所以关。所以绝对压力才是状态参数绝对压力才是状态参数。 22221.3热力学基础-状态方程pp比容比容单单位位质质量的物量的物质质所占有的容所占有的容积积称称为为比容比容。比容比容的法定计量单位的法定计量单位是是m m3 3/kg/kg。 v v= =V V/ /m mpp状态方程状态方程平衡态下基本状态参数压力，平衡态下基本状态参数压力， 温度和比容之间的关系式称为状态方程，温度和比容之间的关系式称为状态方程，即即 F F（p p，v v，T T）=0=0uu完全气体状态方程完全气体状态方程：uu完完全全气气体体：将将气气体体分分子子自自身身体体积积和和分分子子间间作作用

27、用力力忽忽略略不不计计的的气气体体称称为为完全气体。完全气体。uu实实验验和和理理论论都都表表明明：当当压压力力不不太太高高，温温度度不不太太低低时时，各各种种气气体体都都可可按按完全气体来处理。完全气体来处理。uu对于对于1 1公斤完全气体其状态方程为：公斤完全气体其状态方程为： pvpv=RT=RTuu式式中中：为为气气体体常常数数。气气体体常常数数只只决决定定于于气气体体的的种种类类不不随随气气体体的的状状态态而而变化。空气的气体常数为变化。空气的气体常数为287.06j/287.06j/（kgkg，K K）。）。uu pVpV= =mRTmRT23231.3热力学基础-功四、功和热四、

28、功和热 pp功：功是力和沿着力的方向所移动的距离的乘积，用功：功是力和沿着力的方向所移动的距离的乘积，用符号符号WW表示表示功为过程量功为过程量系统对外界作功，则功为正（）系统对外界作功，则功为正（）外界对系统作功，则功为负（）外界对系统作功，则功为负（）比功的定义比功的定义功的单位功的单位pp热：系统在热力过程中通过边界与外界之间依靠温差热：系统在热力过程中通过边界与外界之间依靠温差传递的能量。传递的能量。单位单位热为过程量热为过程量2424容积功：容积功：pp在热力过程中由于系统容积（比容）变化与外界交换在热力过程中由于系统容积（比容）变化与外界交换的功称为容积功。的功称为容积功。pp容积

29、功分为膨胀功和压缩功。容积功分为膨胀功和压缩功。在热力过程中容积不断变大时与外界交换的功称为膨胀功。在热力过程中容积不断变大时与外界交换的功称为膨胀功。在热力过程中容积不断变小时与外界交换的功称为压缩功。在热力过程中容积不断变小时与外界交换的功称为压缩功。膨胀功为正，而压缩功为负。膨胀功为正，而压缩功为负。功率：单位时间内所完成的功称为功率。用符号功率：单位时间内所完成的功称为功率。用符号N N表示。表示。pp功率的法定单位为瓦特，简称瓦，瓦焦尔秒功率的法定单位为瓦特，简称瓦，瓦焦尔秒1.3热力学基础-容积功25251.3热力学基础-热量热量：热量：Qpp系统在过程中通过边界与外界之间依靠温差

30、所系统在过程中通过边界与外界之间依靠温差所系统在过程中通过边界与外界之间依靠温差所系统在过程中通过边界与外界之间依靠温差所传递的能量称为热量。传递的能量称为热量。传递的能量称为热量。传递的能量称为热量。pp系统内单位质量的物质与外界所交换的热量称系统内单位质量的物质与外界所交换的热量称系统内单位质量的物质与外界所交换的热量称系统内单位质量的物质与外界所交换的热量称为比热量，用符号为比热量，用符号为比热量，用符号为比热量，用符号q q表示。表示。表示。表示。pp外界对系统加热，则热量为正外界对系统加热，则热量为正外界对系统加热，则热量为正外界对系统加热，则热量为正( () )pp系统向外界放热，

31、则热量为负系统向外界放热，则热量为负系统向外界放热，则热量为负系统向外界放热，则热量为负( () )pp热量的法定计量单位为热量的法定计量单位为热量的法定计量单位为热量的法定计量单位为“ “焦耳焦耳焦耳焦耳” ”(j)(j)，pp比热量的单位为比热量的单位为比热量的单位为比热量的单位为“ “焦耳公斤焦耳公斤焦耳公斤焦耳公斤” ”(j/kg)(j/kg)。26261.3热力学基础-内能1.3.2 1.3.2 热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律 pp内能内能内能内能: : 热力系内部储存的能量热力系内部储存的能量热力系内部储存的能量热力系内部储存的能量。 U U= = = =

32、U UK K + + + + U Up p+ + + +U UMM+ + + +U UA A式中：式中：式中：式中：U U- - - -内能；内能；内能；内能； U UK K 内动能，它的大小取决于温度；内动能，它的大小取决于温度；内动能，它的大小取决于温度；内动能，它的大小取决于温度； U Up p 内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容；内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容；内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容；内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容； U UM M 化学能；化学能；化学能；化学能； U UA A 原子能。原子能。原子能。原子能。

33、在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。内能是内能是内能是内能是状态参数状态参数状态参数状态参数。对对对对于于于于完完完完全全全全气气气气体体体体，内内内内能能能能只只只只包包包包含含含含有有有有内内内内动动动动能能能能，所所所所以以以以，完完完完全全全全气气气气体体体体的的的的内内内内能能能能只只只只是是是是温温温温度度度度的的的的单单单单值值值值函数。函数。函数。函数。内能的法定计量单位为内能的法定计量单位为内能的法定计量单位为内能的法定计

34、量单位为j j j j（焦尔）焦尔）焦尔）焦尔）, , , ,1 1 1 1公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为j/kgj/kgj/kgj/kg。27271.3热力学基础-热力学第一定律热力学第一定律1.3.2 1.3.2 热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律pp一、热力学第一定律一、热力学第一定律一、热力学第一定律一、热力学第一定律pp图示的由气缸活塞组成的闭口热力系图示的由气缸活塞组成的闭口热力系图示的由气缸活塞组成

35、的闭口热力系图示的由气缸活塞组成的闭口热力系, , , , 在初始平衡状态时在初始平衡状态时在初始平衡状态时在初始平衡状态时, , , , 热力系的内热力系的内热力系的内热力系的内能为能为能为能为U U U U1 1 1 1, , , , 当外界对热力系加入当外界对热力系加入当外界对热力系加入当外界对热力系加入Q Q的热量时的热量时的热量时的热量时, , , , 热力系对外界作热力系对外界作热力系对外界作热力系对外界作了了了了WW的功的功的功的功, , , , 使使使使热力系达到平衡状态热力系达到平衡状态热力系达到平衡状态热力系达到平衡状态, , , , 这时热力系的内能为这时热力系的内能为这

36、时热力系的内能为这时热力系的内能为U2U2 28281.3热力学基础-热力学第一定律热力学第一定律1.3.2 1.3.2 热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律 闭口系闭口系闭口系闭口系热力学第一定律：热力学第一定律：热力学第一定律：热力学第一定律：闭口系与外界交换的热量等于系统内闭口系与外界交换的热量等于系统内闭口系与外界交换的热量等于系统内闭口系与外界交换的热量等于系统内能的变化与热力系与外界所交换的功之和。能的变化与热力系与外界所交换的功之和。能的变化与热力系与外界所交换的功之和。能的变化与热力系与外界所交换的功之和。 Q Q= = = =U U2 2 2 2- - -

37、 -U U1 1 1 1+ + + +WW 或或或或 q q = = = = u u2 2 2 2- - - -u u1 1 1 1+ + + +w w它们适用于任何过程，也适用于任何工质。是一个普遍适用的关系式。它们适用于任何过程，也适用于任何工质。是一个普遍适用的关系式。它们适用于任何过程，也适用于任何工质。是一个普遍适用的关系式。它们适用于任何过程，也适用于任何工质。是一个普遍适用的关系式。 微分形式可表示为微分形式可表示为微分形式可表示为微分形式可表示为: : : : Q Q = = = =dUdU+ + + + WW 或或或或 q q= = = =dudu+ + + + w w循循循

38、循环环环环过过过过程程程程中中中中的的的的热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律表表表表达达达达式式式式是是是是：系系系系统统统统与与与与外外外外界界界界交交交交换换换换的的的的循循循循环环环环功等于与外界交功等于与外界交功等于与外界交功等于与外界交换换换换的循的循的循的循环热环热环热环热。 29291.3热力学基础-焓焓： 焓的定义为焓的定义为: : H H= =U U+ +pVpV 焓是状态参数焓是状态参数。 单位质量物质的焓称为比焓单位质量物质的焓称为比焓, , 用用 h h 表示表示, , 即即 h h= =u u+ +pvpv 焓的法定计量单位焓的法定计量单位为为j

39、 j（焦尔）焦尔）, , 比焓的单位为比焓的单位为j/kgj/kg。用用焓表示的焓表示的热力学第一定律热力学第一定律 q q= =d h d h + + w wt t 式中式中w wt t叫技术功叫技术功。 W Wt t =-=-=-=-v v dpdp30301.3热力学基础-热力学第二定律1.3.2热力学基本定律 二、热力学第二定律二、热力学第二定律热力学第二定律的任务是研究热力过程进行的方向，条件热力学第二定律的任务是研究热力过程进行的方向，条件和限度的和限度的 热力学第二定律的两种说法：热力学第二定律的两种说法： 开尔文开尔文说法：说法：“不可能制造出从单一热源吸热并使不可能制造出从单

40、一热源吸热并使之全部转变为功的循环发动机之全部转变为功的循环发动机”。 克克劳劳修修斯斯说说法法：“不不可可能能由由低低温温物物体体向向高高温温物物体体传传送送热热量量而而不不引引起起其其它它变变化化”。要要使使热热传传递递方方向向倒倒转转过过来，只有靠消耗功来实现来，只有靠消耗功来实现 -空调空调空调空调 31311.3热力学基础-热力学第二定律32321.3热力学基础-热力学第二定律1.3.2热力学基本定律 熵和熵方程熵和熵方程熵熵：在微元可逆过程中系统与外界交换的热量与换热时系统温在微元可逆过程中系统与外界交换的热量与换热时系统温度的比值叫微元熵增，用符号度的比值叫微元熵增，用符号 dS

41、dS 表示表示，S S称为熵。称为熵。 dSdS= =（ Q/TQ/T）rere熵熵是状态参数是状态参数。 单位质量的物质的熵称为比熵，单位质量的物质的熵称为比熵，用用s s表示。表示。 S S= =s s/ /m m 或或 dsds= =（ q/Tq/T）rere熵的法定计量单位熵的法定计量单位为为j/Kj/K， 比熵的单位为（比熵的单位为（j/kgj/kg，K K，）。，）。 33331.3热力学基础-热力学第二定律pp不可逆过程的熵不可逆过程的熵可逆过程的熵可逆过程的熵: :热力系由状态热力系由状态1 1经可逆过程经可逆过程A A到状态到状态2,2,熵的熵的变化为变化为: :不可逆过程的

42、熵不可逆过程的熵: :热力系由状热力系由状态态1 1经不可逆过程经不可逆过程B B到状态到状态2,2,熵的变化为熵的变化为: : 34341.3热力学基础-热力学第二定律1.3.2热力学基本定律 熵方程熵方程：dSdS= = S Sf f+ + S Sg g 或或或或 dsds= = s sf f+ + s sg g 熵流熵流：熵流是由于系统与外界换热而产生的熵的变化熵流是由于系统与外界换热而产生的熵的变化量量 s sf f 。 它是它是热能中的不可用能部分的表征热能中的不可用能部分的表征。 熵产熵产：熵产是由不可逆因素引起的系统熵的变化量熵产是由不可逆因素引起的系统熵的变化量 s sg g

43、， 熵产恒为正值或等于零。它是系统中熵产恒为正值或等于零。它是系统中可用能的可用能的不可逆损失的表征不可逆损失的表征。或者说熵产是一切不可逆特征的。或者说熵产是一切不可逆特征的表征。表征。35351.3热力学基础-热力学第二定律熵方程中的核心问题是熵产，熵产也正是熵方程中的核心问题是熵产，熵产也正是热力学第二定律的实质内容。由于能量在热力学第二定律的实质内容。由于能量在转换和转移过程中总是有其它形式的能量转换和转移过程中总是有其它形式的能量转变成热能转变成热能, 而热能又总是由高温传向低温而热能又总是由高温传向低温, 这些都会引起熵产。这正是热能区别于其这些都会引起熵产。这正是热能区别于其它型

44、式能量的特征它型式能量的特征, 也正是一切热力过程的也正是一切热力过程的自发性、方向性、不可逆性的根源。自发性、方向性、不可逆性的根源。 36361.3热力学基础-热力学第二定律关于熵的几个问题关于熵的几个问题1 1、在状态在状态1 1和和2 2之间有两个之间有两个过程过程, ,其中，其中， 过程过程A A为可逆过程为可逆过程, ,过程过程B B为为不可逆过程。则不可逆过程。则 S S1A21A2与与 S S1B21B2的的关系是关系是: : S S1A2 1A2 S S1B2; 1B2; S S1A2 1A2 = = S S1B21B2; ; S S1A2 1A2 S S1B21B22 2、

45、热力系经历一可逆过程热力系经历一可逆过程, ,外界对热力系加入外界对热力系加入1010千焦的热量千焦的热量，对外，对外作出作出4 4千焦千焦的功的功, ,则热力系的熵变则热力系的熵变大于零大于零; ;小于零小于零; ;等于零等于零, ,不等于零。不等于零。 3 3、热力系经历一可逆过程热力系经历一可逆过程, ,热力系向外界放出热力系向外界放出1010千焦千焦，外界对，外界对热力热力系输入系输入4 4千焦千焦的功的功, ,则热力系的熵变大于零则热力系的熵变大于零; ;小于零小于零; ;等于零等于零, ,不等于不等于零。零。4 4、热力系经历一不可逆过程热力系经历一不可逆过程, ,外界对热力系加入

46、外界对热力系加入1010千焦的热量千焦的热量，对，对外作出外作出4 4千焦的功千焦的功，则热力系的熵变，则热力系的熵变大于零大于零; ;小于零小于零; ;等于零等于零, ,不等不等于零。于零。 5 5、热力系经历一不可逆过程热力系经历一不可逆过程, ,向外界放出向外界放出1010千焦千焦，外界对，外界对热力系输热力系输入入4 4千焦千焦的功的功, ,则热力系的熵变大于零则热力系的熵变大于零; ;小于零小于零; ;等于零等于零, ,不能判别不能判别。 37371.3热力学基础-气体的热力性质1.3.31.3.3完全气体的热力性质完全气体的热力性质一、比热一、比热容容: : 1 1公斤质量的物质在

47、无耗散的准静态过程中，温度升高（或降低）公斤质量的物质在无耗散的准静态过程中，温度升高（或降低）K K所需加入（或放出）的热量称为该物质在此过程中的比热容。所需加入（或放出）的热量称为该物质在此过程中的比热容。比热容比热容法定计量单位是（法定计量单位是（j/kg.K)j/kg.K) 1 1、定容比热容定容比热容：1 1公斤的气体在容积不变的无耗散准静态过程中，公斤的气体在容积不变的无耗散准静态过程中， 温度升高（或降低）温度升高（或降低）1 1所需加入（或放出）的热量称为该种气体的所需加入（或放出）的热量称为该种气体的定容比热容。用符号定容比热容。用符号c cv v表示。表示。 定容比热容与气

48、体的种类和温度有关。定容比热容与气体的种类和温度有关。 定容比热容的法定计量单位为（定容比热容的法定计量单位为（j/kgj/kg，K K）。）。2 2、定压比热容定压比热容：1 1公斤的气体在压力不变的无耗散准静态过程中，公斤的气体在压力不变的无耗散准静态过程中， 温度升高（或降低）温度升高（或降低）1 1所需加入（或放出）的热量称为该种气体的所需加入（或放出）的热量称为该种气体的定压比热容。用符号定压比热容。用符号c cp p表示。表示。 定压比热容与气体的种类和温度有关。定压比热容与气体的种类和温度有关。 定压比热容的法定计量单位定压比热容的法定计量单位为（为（j/kgj/kg，K K）。

49、）。38381.3热力学基础-气体的热力性质1.3.31.3.3完全气体的热力性质完全气体的热力性质3 3、定压比热容与定容比热容的关系、定压比热容与定容比热容的关系（1 1）梅耶关系式梅耶关系式：对于完全气体有：对于完全气体有 c cp p- -c cv v= =R R 此此式式表表明明：尽尽管管完完全全气气体体的的定定压压比比热热容容和和定定容容比比热热容容都都随随温温度度而而变变化化，而而它它们们的的差差值值却却与与温温度度无无关关，恒恒等等于于气气体体常常数数。又又因因为为气体常数气体常数R R， 所以所以 c cpp c cv v 。 （2 2）热容比（绝热指数，定熵指数热容比（绝热

50、指数，定熵指数 ） 定定压压比比热热容容与与定定容容比比热热容容的的比比值值称称为为热热容容比比，又又叫叫绝绝热热指指数数或或定定熵指数。即熵指数。即 k k= =c cp p/ /c cv v 热容比不但与气体的种类有关，而且与温度有关。热容比不但与气体的种类有关，而且与温度有关。当将热容比作为常数处理时，当将热容比作为常数处理时，对于空气对于空气1.401.40，对于燃气对于燃气1.331.33。39391.3热力学基础-气体的热力性质1.3.3完全气体的热力性质二、完全气体的内能二、完全气体的内能, ,焓和熵焓和熵1 1、内能：完全气体的内能仅仅是温度的函数。、内能：完全气体的内能仅仅是

51、温度的函数。对于定比热完全气体：对于定比热完全气体：u u2 2- -u u1 1= =c cv v（T T2 2- -T T1 1） 2 2、焓：完全气体的焓也仅仅是温度的函数。焓：完全气体的焓也仅仅是温度的函数。对于定比热完全气体：对于定比热完全气体：h h2 2- -h h1 1= =c cp p（T T2 2- -T T1 1） 3 3熵熵 三、热量的计算三、热量的计算 热量是过程量热量是过程量, ,不同的过不同的过程用不同的公式进行计算程用不同的公式进行计算. .40401.3热力学基础-定熵过程1.3.4热力过程 一、定熵过程一、定熵过程: :可逆的绝热过程是定熵过程可逆的绝热过程

52、是定熵过程. .过程方程为过程方程为: : 常数常数= =41411.3热力学基础-多变过程1.3.4热力过程 二、多变过程:满足满足 pv n n C C的过程叫做的过程叫做多变过程多变过程.当当n n时：多变过程的过程方程变为：时：多变过程的过程方程变为：p p常数，为定压过程。常数，为定压过程。当当n n时时：多多变变过过程程的的过过程程方方程程变变为为：T T常常数数，为为定定温过程。温过程。当当n n时时：多多变变过过程程的的过过程程方方程程变变为为：s s常常数数；为为定定熵熵过过程程。 当当n n：多多变变过过程程的的过过程程方方程程变变为为：v v常常数数，为为定定容过程。容过

53、程。42421.4气体动力学基础 1.4.11.4.1气体的性质气体的性质一、气体的压缩性一、气体的压缩性 压缩性是气体的重要属性。压缩性是气体的重要属性。 气气体体的的密密度度随随着着压压力力或或温温度度的的变变化化而而变变化化的的性性质质称称为为气气体体压压缩缩性。性。对于气流速度和当地音速之比（该比值称为马赫数，用符号对于气流速度和当地音速之比（该比值称为马赫数，用符号MaMa表示）小于表示）小于0.30.3的定熵绝能流动可以当作不可压流来处理。的定熵绝能流动可以当作不可压流来处理。 二、气体的粘性二、气体的粘性粘性是实际气体的一个物理属性。它表示出气体对于切向力的粘性是实际气体的一个物

54、理属性。它表示出气体对于切向力的一种反抗能力。一种反抗能力。 43431.4气体动力学基础 1.4.1气体的性质1 1附面层附面层: :沿壁面法线方向速度梯度较大的一层流体称沿壁面法线方向速度梯度较大的一层流体称为附面层为附面层, ,附面层的厚度为附面层的厚度为 , ,附面层边界流体的速度为附面层边界流体的速度为99%99%V V 2 2层流和紊流层流和紊流临界雷诺临界雷诺数数ReRecrcr ：当当ReRe ReRecrcr 时，为层流流动；时，为层流流动；当当ReRe ReRecrcr时，为紊流流动；时，为紊流流动；对于光滑管内流动对于光滑管内流动ReRecrcr = =23002300雷

55、诺数雷诺数的的物理意义物理意义44441.4气体动力学基础 1.4.1气体的性质3 3牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律牛牛顿内摩擦定律指出，顿内摩擦定律指出，当流体处于层流流动状态时，当流体处于层流流动状态时，流体内摩擦力的大小与流体的速度梯度和接触面积成流体内摩擦力的大小与流体的速度梯度和接触面积成正比，而且还与流体的性质有关。正比，而且还与流体的性质有关。 牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律只适用于流动状态为层流的情况只适用于流动状态为层流的情况，而不，而不适用于紊流的流动状态，也不适用于非牛顿流体。适用于紊流的流动状态，也不适用于非牛顿流体。牛牛顿顿内内摩摩擦擦定定律律中中的的称称为为动动力力粘粘

56、性性系系数数。它它是是一一个个物物性性参参数数，其其大大小小取取决决于于气气体体的的物物理理性性质质和和温温度度。对对气气体体来来说说，温温度度越越高高，动力粘性系数越大。动力粘性系数越大。45451.4气体动力学基础-基本方程 1.4.21.4.2一维定常流的基本方程一维定常流的基本方程pp一维定常流动是指在流动中描写流体运动的参数一维定常流动是指在流动中描写流体运动的参数, , 如如速度、压力、密度、温度等都是一个坐标的函数，这速度、压力、密度、温度等都是一个坐标的函数，这个坐标可以是直线坐标，也可以是曲线坐标。个坐标可以是直线坐标，也可以是曲线坐标。pp自然界中的一切过程都遵守质量守恒定

57、律、能量守恒自然界中的一切过程都遵守质量守恒定律、能量守恒与转换定律、牛顿运动定律与转换定律、牛顿运动定律及及热热力学第一定律。当然，力学第一定律。当然，气体在流气体在流动过动过程中也遵守程中也遵守这这些定律。把些定律。把这这些定律些定律应应用用于气体流于气体流动过动过程所得到的数学关系式称程所得到的数学关系式称为为基本方程，基本方程，包括：包括：连续连续方程、方程、动动量方程、能量方程、量方程、能量方程、贝努利贝努利方程方程。46461.4气体动力学基础-连续方程 1.4.21.4.2一维定常流的基本方程一维定常流的基本方程pp连续方程连续方程一维定常流中，控制体内气体的质量保持不变，因此，

58、质量守一维定常流中，控制体内气体的质量保持不变，因此，质量守恒定律可表述为单位时间内流入控制体的质量等于单位时间流恒定律可表述为单位时间内流入控制体的质量等于单位时间流出控制体的流体的质量。即出控制体的流体的质量。即：q qm1m1= =q qm2m2质质量量流流量量：单单位位时时间间内内流流入入或或流流出出控控制制体体的的流流体体的的质质量量称称为为质质量流量。量流量。质量流量的法定计量单位为质量流量的法定计量单位为：kg/skg/s。在一维定常流中在一维定常流中, ,通过同一流管任意截面上的流体的质量流量通过同一流管任意截面上的流体的质量流量保持不变。保持不变。 常数常数体积流量体积流量,

59、 , 单位时间流入或流出控制体流体的体积。单位时间流入或流出控制体流体的体积。体积流量的法定计量单位体积流量的法定计量单位为：为：m m3 3/s/s。常数常数常数常数47471.4气体动力学基础-动量方程 1.4.21.4.2一维定常流的基本方程一维定常流的基本方程动量方程动量方程pp将将牛牛顿顿第二定律第二定律应应用于运用于运动动流体所得到的流体所得到的数学关系式数学关系式称为称为动量动量方程。方程。pp对对于于无无粘粘性性的的一一维维定定常常流流, , 在在忽忽略略质质量量力力的的情情况况下下, , 其其动动量方程量方程为为; ;pp dpdp+ +VdVVdV=0 =0 pp此此式式说

60、说明明: : 当当气气流流压压力力的的增增量量为为正正时时, , 气气流流速速度度的的增增量量一一定定为为负负；当当气气流流压压力力的的增增量量为为负负时时, , 气气流流速速度度的的增增量量一一定定为为正正。这这就就是是说说，在在同同一一流流管管中中气气流流静静压压增增大大的的地地方方，流流速速减减小小；气气流流静静压压减减小小的的地方，流速增大。地方，流速增大。4848一维定常流能量方程49491.4气体动力学基础-能量方程 1.4.21.4.2一维定常流的基本方程一维定常流的基本方程能量方程能量方程pp能能量量方方程程可可表表述述为为：控控制制体体内内单单位位质质量量的的流流体体与与外外

61、界界交交换换的的热热量量等等于于焓焓的的变变化化量量、动动能能变变化化量量、重重力力位位能能变变化化量量及及通通过过旋旋转转轴轴与与外界所交外界所交换换的的轴轴功之和，即：功之和，即：pp Q Q= =（H H2 2- -H H1 1）+ +gmgm（z z2 2- -z z1 1）+ +W W s s + +m m（V V2 22 2-V-V1 12 2）/2/2pp q q= =（h h2 2- -h h1 1）+ +g g（z z2 2- -z z1 1）+ +w w s s + +（V V2 22 2-V-V1 12 2）/2/2 pp对对于于气气体体，可可以以略略去去重重力力位位能能

62、的的变变化化量量，则则能能量量方方程程可可以以用用总总焓焓表示表示为为：pp q q= =h h2 2* *- -h h1 1* *+ +w ws s 或或 q q= =d dh h* *+ + w ws s pp该该式式说说明明, , 在在一一维维定定常常流流中中，控控制制体体与与外外界界交交换换的的热热量量等等于于体体系系总总焓焓的的变变化量与体系通化量与体系通过过旋旋转轴转轴与外界交与外界交换换的的轴轴功之和。功之和。 50501.4气体动力学基础-贝努利方程贝努利方程 1.4.21.4.2一维定常流的基本方程一维定常流的基本方程不可压流的贝努利方程不可压流的贝努利方程pp对对于定于定熵

63、绝熵绝能忽略重力位能的不可能忽略重力位能的不可压压流流, ,密度密度常数常数, ,可以得到可以得到: :pp pp它它说说明明在不可在不可压压流中任一点流体的静流中任一点流体的静压压与与动压动压之和保持不之和保持不变变。pp定定义义不不可可压压流流的的静静压压与与动动压压之之和和为为全全压压, , 也也可可以以称称为为总总压压, , 用用符符号号p p* *表示表示。pp在在不不可可压压流流中中, , 当当流流动动管管道道横横截截面面积积缩缩小小时时, , 流流体体的的流流速速增增大大, , 压压力力下下降降。反反之之, , 当当流流动动管管道道横横截截面面积积扩扩大大时时, , 流流体体的的

64、流流速速下下降降, , 压压力增高。流力增高。流动动参数的参数的这这种种变变化化规规律可用律可用图图1-201-20表示。表示。51511.4气体动力学基础-贝努利方程贝努利方程不可不可压压流流的贝努利方程的贝努利方程5252文氏管测流速流量pp 由贝努利方程由贝努利方程由贝努利方程由贝努利方程pp pp 连续方程连续方程连续方程连续方程pp 得到得到得到得到53531.4气体动力学基础-音速和马赫数1.4.31.4.3音速和马赫数音速和马赫数pp 一、音速一、音速音速是微弱扰动压缩波和微弱扰动膨胀波在流体介质中的传播速度，用符号音速是微弱扰动压缩波和微弱扰动膨胀波在流体介质中的传播速度，用符

65、号a a表示。表示。完全气体中音速的计算公式是：完全气体中音速的计算公式是： 对于空气：对于空气：pp二、马赫数二、马赫数流场中任一点处的流速与该点处气体的音速的比值，叫做该点处气流的马赫流场中任一点处的流速与该点处气体的音速的比值，叫做该点处气流的马赫数，数，用符号用符号MaMa表示。即表示。即 Ma Ma = =V V/ /a a 马赫数马赫数的的物理意义物理意义: :气体宏观运动动能与微观运动动能的比值气体宏观运动动能与微观运动动能的比值. .马赫数马赫数的用途的用途: :uu气体压缩性的判别准则气体压缩性的判别准则; ;根据马赫数的大小可以把流动分为：根据马赫数的大小可以把流动分为：u

66、u亚音速流动亚音速流动 MaMa1.01.0；uu 音速流动音速流动 MaMa1.01.0；uu 超音速流动超音速流动 MaMa1.01.0。无粘性可压缩流动力相似的判别准则。无粘性可压缩流动力相似的判别准则。54541.4气体动力学基础-滞止参数1.4.41.4.4滞止参数滞止参数pp 一、滞止状态一、滞止状态pp滞止状态：滞止状态：某一状态的气流通过定熵绝能的过程将速某一状态的气流通过定熵绝能的过程将速度滞止为零时的状态称为该状态的滞止状态。度滞止为零时的状态称为该状态的滞止状态。pp滞止滞止参数参数：通过定熵绝能的过程将气流速度滞止到零通过定熵绝能的过程将气流速度滞止到零而得到的参数。而

67、得到的参数。pp滞止参数又叫总参数。其中包括有滞止焓（滞止参数又叫总参数。其中包括有滞止焓（总焓总焓）、）、滞止温度（滞止温度（总温总温）、滞止压力（）、滞止压力（总压总压）、滞止密度）、滞止密度（总密度总密度）和）和滞止音速滞止音速等。分别用符号等。分别用符号h h* *、T T* *、p p* *和和a a* *表示。表示。pp和滞止参数相对应的是气体流动过程中任何一点的当和滞止参数相对应的是气体流动过程中任何一点的当地热力参数地热力参数：h h、T T和和p p。这些称为静参数，是观察者和这些称为静参数，是观察者和气流微团一起运动时测得的热力参数。气流微团一起运动时测得的热力参数。 55

68、55滞止滞止参数参数56561.4气体动力学基础-滞止参数1.滞止焓和滞止温度pp滞止焓：滞止焓：流场内任一点的滞止焓就是该点的静流场内任一点的滞止焓就是该点的静流场内任一点的滞止焓就是该点的静流场内任一点的滞止焓就是该点的静焓与动能之和。焓与动能之和。焓与动能之和。焓与动能之和。 h h* * h h + +V V2 2/2/2pp 滞止温度滞止温度 2、滞止压力pp飞机上的飞行马赫数表就是根据此式制成的。飞机上的飞行马赫数表就是根据此式制成的。57571.4气体动力学基础-滞止参数4.4.滞止参数的变化规律滞止参数的变化规律pp总焓形式的能量方程总焓形式的能量方程pp q q= =h h2

69、 2* *- -h h1 1* *+ +w ws spp总压形式的能量方程总压形式的能量方程 58581.4气体动力学基础-滞止参数pp热热阻阻：对流动的气体加热使气流总压下降的现：对流动的气体加热使气流总压下降的现象叫热阻。象叫热阻。pp影响热阻的因素有：加热量和气流马赫数。影响热阻的因素有：加热量和气流马赫数。当气流当气流马赫数保持不变时，加热量大则总压下降多，马赫数保持不变时，加热量大则总压下降多，热阻大；热阻大；当当加热量保持不变时，加热量保持不变时，气流气流马赫数大则总压下降多，马赫数大则总压下降多，热阻大；热阻大；59591.4气体动力学基础-临界参数1.4.5临界参数和速度系数p

70、p 1 1、临界参数、临界参数将某一状态的气流通过定熵绝能的膨胀或压缩过程将某一状态的气流通过定熵绝能的膨胀或压缩过程使气流达到临界状态时的参数称为临界参数。使气流达到临界状态时的参数称为临界参数。临界参数有临界参数有临界音速、临界速度、临界压力、临界临界音速、临界速度、临界压力、临界温度、临界密度和临界面积温度、临界密度和临界面积等。分别用符号等。分别用符号a acrcr、V Vcrcr、T Tcrcr、p pcrcr和和A Acrcr表示。表示。pp临界音速临界音速 对于空气 对于燃气 60601.4气体动力学基础-速度系数2速度系数pp气气流流速速度度与与临临界界音音速速的的比比值值为为

71、速速度度系系数数，用用符符号号表示，即表示，即pp当当MaMa时，时，；pp当当MaMa 时，时，；pp当当MaMa 时，时，；pp当当MaMa 时，时，；pp当当MaMa 时，时，61611.4气体动力学基础-气动函数三气体动力学函数1、用表示的总静参数之比的关系式62621.4气体动力学基础2 2 流量函数流量函数密流是：单位时间流过单位面积的流体质量。密流是：单位时间流过单位面积的流体质量。pp流量函数流量函数pp当当当当时，；时，；时，；时，；pp当当当当时，随着时，随着时，随着时，随着的增大，的增大，的增大，的增大， 也增加；也增加；也增加；也增加；pp当当当当时，时，时，时， ；p

72、p当当当当时，随着时，随着时，随着时，随着的增大，的增大，的增大，的增大， 减小；减小；减小；减小；pp当当当当 时，时，时，时， 。pp 6363流量函数流量函数64641.4气体动力学基础1.4.6流量函数pp对于一个给定的对于一个给定的对于一个给定的对于一个给定的 值只有一个值只有一个值只有一个值只有一个 值与之对应；值与之对应；值与之对应；值与之对应；pp对对对对于于于于一一一一个个个个给给给给定定定定的的的的 值值值值，一一一一般般般般有有有有两两两两个个个个 值值值值与与与与之之之之对对对对应应应应，其其其其中中中中一一一一个个个个是是是是亚亚亚亚音音音音速速速速的的的的值值值值，

73、另另另另一一一一个个个个是是是是超音速的值。超音速的值。超音速的值。超音速的值。pp流量公式流量公式65651.4气体动力学基础-变截面流pp对于一维定常定熵绝能流，由于总参数保持不变，则有对于一维定常定熵绝能流，由于总参数保持不变，则有 ：ppA App 时时时时： M Ma V p Ta V p Tpp时时时时： M Ma V p Ta V p TppA App 时时时时： M Ma V p Ta V p Tpp时时时时： M Ma V p Ta V p T66661.4气体动力学基础-变截面流亚音速气流 ：pp管管道道截截面面积积减减小小时时，气气流流的的速速度度增增大大；静静压压和和静

74、温下降。静温下降。pp管管道道截截面面积积增增大大时时，气气流流的的速速度度减减小小。静静压压和和静温上升。静温上升。超音速气流超音速气流：pp管管管管道道道道截截截截面面面面积积积积增增增增大大大大时时时时，气气气气流流流流的的的的速速速速度度度度增增增增大大大大；静静静静压压压压和和和和静温静温静温静温下降下降下降下降。pp管管管管道道道道截截截截面面面面积积积积减减减减小小小小时时时时，气气气气流流流流的的的的速速速速度度度度减减减减小小小小。静静静静压压压压和和和和静温上升。静温上升。静温上升。静温上升。6767一维定常流一维定常流68681.4气体动力学基础-变截面流当当当当时时时时

75、，管管管管道道道道的的的的截截截截面面面面积积积积最最最最小小小小，即即即即临临界界截截面面必必然然是是管管道道中中的的最最小小截截面面。但但但但是是是是应应应应该该该该指指指指出出出出，管管道道的的最小截面并不一定是临界截面。最小截面并不一定是临界截面。要将气流定熵绝能地由亚音速加速到超音速，管要将气流定熵绝能地由亚音速加速到超音速，管要将气流定熵绝能地由亚音速加速到超音速，管要将气流定熵绝能地由亚音速加速到超音速，管道必须作成先收缩后扩张的形状，即所谓的拉瓦道必须作成先收缩后扩张的形状，即所谓的拉瓦道必须作成先收缩后扩张的形状，即所谓的拉瓦道必须作成先收缩后扩张的形状，即所谓的拉瓦尔喷管尔

76、喷管尔喷管尔喷管。 喷管喷管喷管喷管：使气流速度增加，压力下降的管道。：使气流速度增加，压力下降的管道。：使气流速度增加，压力下降的管道。：使气流速度增加，压力下降的管道。扩压器扩压器扩压器扩压器：使气流速度下降，压力增加的管道。：使气流速度下降，压力增加的管道。：使气流速度下降，压力增加的管道。：使气流速度下降，压力增加的管道。6969拉瓦尔拉瓦尔喷管喷管70701.4气体动力学基础-激波1.4.7激波pp 一、微弱扰动在气流中的传播一、微弱扰动在气流中的传播1 1在静止气体中：在静止气体中：微弱扰动可以传遍整个流场。微弱扰动可以传遍整个流场。 2 2在亚音速气流中：在亚音速气流中：微弱扰动

77、可以传遍整个流场。微弱扰动可以传遍整个流场。 3 3在音速气流中：在音速气流中：微弱扰动只能向下游传播微弱扰动只能向下游传播, , 不能向上不能向上游传播游传播 4 4在超音速气流中：在超音速气流中：微弱扰动只能向下游微弱扰动只能向下游在在马赫锥内马赫锥内传播。传播。uu马赫锥的锥面叫做马赫波马赫锥的锥面叫做马赫波; ;uu马赫锥的母线与来流速度方向之间的夹角叫做马赫角。马赫锥的母线与来流速度方向之间的夹角叫做马赫角。 717172721.4气体动力学基础-激波1.4.7激波pp二、激波二、激波激波的特点激波的特点是是: :超音速气流通过激波后，超音速气流通过激波后，气流速度和气气流速度和气流

78、马赫数流马赫数突然突然下降下降, ,而气流压力而气流压力, ,温度温度, ,密度密度突然突然增大增大气流流过激波是一个绝能的流动过程气流流过激波是一个绝能的流动过程, ,故故总温不变总温不变, ,而而总压总压突然突然下降下降, ,产生较大的损失产生较大的损失 正激波：正激波：激波波面与来流方向相垂直激波波面与来流方向相垂直。超音速气流流过。超音速气流流过正激波后正激波后, , 变为亚音速气流。变为亚音速气流。斜激波：斜激波：超音速气流流过斜激波后超音速气流流过斜激波后, ,气流马赫数变小气流马赫数变小, , 但一般仍为超音速。但一般仍为超音速。曲线激波：曲线激波： 737374741.5传热基

79、础1.5.11.5.1导热导热pp热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或者从温，或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程称为导热，又叫热传导。导热，又叫热传导。pp在纯导热过程中，物体各部分之间不发生相对位移，也没有能量在纯导热过程中，物体各部分之间不发生相对位移，也没有能量形式的转换。形式的转换。 pp傅里叶定律傅里叶定律pp傅里叶定律表明，傅里叶定律表明，在导热过程中，单位时间内通过给定面积的热在导热过程中，单位时间内通过给定面积的热量，正比于该地垂直于导热

80、方向的面积及其温度梯度，导热方向量，正比于该地垂直于导热方向的面积及其温度梯度，导热方向与温度梯度反向。与温度梯度反向。 pp导热系数是表征材料导热性能的一个参数导热系数是表征材料导热性能的一个参数 其单位其单位为为W/mW/m。导热导热系数的大小与材料的种类有关，对同一种材料与温度的高低有关。系数的大小与材料的种类有关，对同一种材料与温度的高低有关。我们将导热系数较高的材料称为良导热体，金属材料属于热的良我们将导热系数较高的材料称为良导热体，金属材料属于热的良导体。非金属材料的导热系数较小和气体的导热系数最小导体。非金属材料的导热系数较小和气体的导热系数最小。 7575导热导热76761.5

81、传热基础平板的导热1单层平板的导热2多层平板的导热 77771.5传热基础-对流对流对流pp对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递过程。量传递过程。pp对流仅能发生在流体中，而且必然伴随着有导热现象。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随着有导热现象。pp对流换热可分为自然对流与强迫对流对流换热可分为自然对流与强迫对流。自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的。自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的。如如果果流流体体的的流流动动是是由由于于压压差差、风风机机或或泵泵所所造造成成的的，则则称称为为强强迫迫对流。对流。工工程程上

82、上常常遇遇到到的的液液体体在在热热表表面面上上的的沸沸腾腾或或蒸蒸汽汽在在冷冷表表面面上上的的凝凝结也属于对流换热的范围，并被称做沸腾换热和凝结换热。结也属于对流换热的范围，并被称做沸腾换热和凝结换热。无无论论哪哪一一种种形形式式的的对对流流换换热热，单单位位时时间间，在在单单位位面面积积上上所所交交换换的热量均采用牛顿公式计算：的热量均采用牛顿公式计算：流体被加热时，流体被加热时， 称为对流换热系数，称为对流换热系数， 78781.5传热基础-辐射辐射辐射pp辐射辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程称为辐射物体通过电磁波来传递能量的过程称为辐射，pp辐射能辐射能：被传递的能量称为辐射能。被传

83、递的能量称为辐射能。，pp热辐射热辐射：因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射。pp辐辐射射换换热热：自自然然界界中中所所有有的的物物体体都都在在不不停停的的向向四四周周发发出出热热辐辐射射能能，同同时时又又不不断断地地吸吸收收其其它它物物体体发发出出的的热热辐辐射射能能。辐辐射射与与吸吸收收过过程程的的综综合合结结果果就就造造成成了了以以辐辐射射方方式进行的物体间的能量转移即辐射换热。式进行的物体间的能量转移即辐射换热。79791.5传热基础-辐射热辐射的特点：pp热热辐辐射射能能可可以以在在真真空空中中传传播播，而而导导热热、对对流流这这两两种种传传热

84、热方方式式只只有有当当存存在在着着气气体体、液液体体和和固固体体物质时才能进行。物质时才能进行。pp热热辐辐射射不不仅仅产产生生能能量量的的转转移移，而而且且还还伴伴随随着着能能量量形形式式的的转转化化，即即从从热热能能到到辐辐射射能能及及辐辐射射能能到到热能的转化。热能的转化。pp斯斯蒂蒂芬芬玻玻尔尔兹兹曼曼定定律律：设设一一黑黑体体的的表表面面积积为为A A，则单位时间内它所发出的辐射能为：则单位时间内它所发出的辐射能为： 8080辐射及辐射及换热换热81811.5传热基础-辐射辐射pp一切实际物体的辐射能力都小于同温度下黑体一切实际物体的辐射能力都小于同温度下黑体的值，实际物体的辐射能量

85、总可以表示成斯蒂的值，实际物体的辐射能量总可以表示成斯蒂芬玻尔兹曼定律的修正形式，即：芬玻尔兹曼定律的修正形式，即：pp式式中中系系数数称称为为该该物物体体的的黑黑度度，其其值值小小于于且且与物体的种类及表面状态有关。与物体的种类及表面状态有关。 pp斯蒂芬玻尔兹曼定律是辐射换热计算的基础。斯蒂芬玻尔兹曼定律是辐射换热计算的基础。82821.5传热基础-辐射两个平行平板间的辐射换热：两个平板的温度分别为T1、T2，黑度为 和 。单位时间， 单位面积的辐射换热量为：83831.5传热基础-传热过程传热过程pp燃油滑油热交换器中所进行的换热过程：燃油滑油热交换器中所进行的换热过程：滑油首先将热量传

86、递给管壁，滑油首先将热量传递给管壁，然后通过导热将热量由管壁的一侧传导到另一侧，然后通过导热将热量由管壁的一侧传导到另一侧，最后，管壁将热量传递给燃油，最后，管壁将热量传递给燃油，pp从而达到降低滑油温度，提高燃油温度的目的。从而达到降低滑油温度，提高燃油温度的目的。传热过程：传热过程：热量由壁面一侧的流体穿过壁面传到另一侧的热量由壁面一侧的流体穿过壁面传到另一侧的流体中的过程称为传热过程。流体中的过程称为传热过程。pp传热过程中所传递的热量正比于冷、热流体的温度差及传热面积，传热过程中所传递的热量正比于冷、热流体的温度差及传热面积，用公式可表示为：用公式可表示为： 84841.5传热基础-传

87、热过程活塞式发动机中的气缸传热过程：活塞式发动机中的气缸传热过程：pp假假设设气气缸缸内内的的燃燃气气温温度度为为T T，气气缸缸内内壁壁的的温温度度为为T T，气气缸缸外外壁壁的的温温度度为为T T，气气缸缸外外冷冷却却空空气气的的温温度度为为T T，气气缸缸壁壁厚厚为为，气气缸缸材材料料的的导导热热系系数数为为，并并将将气气缸缸圆圆管管壁壁的的导导热热当当作作平平壁壁面面来来处处理理。换换热热过程中三个环节的传热量分别是：过程中三个环节的传热量分别是： 高温燃气通过辐射和对流将热量传递给气缸内表面；高温燃气通过辐射和对流将热量传递给气缸内表面； 通过导热，通过导热， 将热量从气缸的内表面传到气缸外表面；将热量从气缸的内表面传到气缸外表面； 通通过过对对流流换换热热将将热热量量从从气气缸缸的的外外壁壁面面传传递递给给气气缸缸外外的的冷冷却却空气。空气。pp式中式中k k称为传热系数，它的物理意义表示了温差为称为传热系数，它的物理意义表示了温差为1 1、面积为、面积为1m1m2 2的条件下所传递的热量。的条件下所传递的热量。 8585第1章基础知识 ENDEND8686