高超聲速真實氣體流動

目錄
前言　
第1章　氣動模型和氣體流動方程　1　
1.1　氣動模型概述　1　
1.2　一維流動的氣體動力學方程和假設　7　
1.2.1　動量守恒定律　8　
1.2.2　能量守恒定律　9　
1.3　狀態(tài)方程　11　
1.4　若干分子動力學理論知識　18　
1.5　熵和熱力學第二定律　24　
1.6　聲速　27　
1.7　流體和氣體運動的積分方程：一個簡單的例子　32　
1.7.1　質(zhì)量守恒定律　33　
1.7.2　動量守恒定律　33　
1.7.3　能量方程　33　
1.8　流體介質(zhì)運動學的若干問題：向量微分算子　39　
1.8.1　粒子軌跡和流線　39　
1.8.2　旋度和變形率　40　
1.8.3　矢量散度　44　
1.8.4　向量對的散度　46　
1.9　氣體動力學微分方程　46　
1.9.1　質(zhì)量守恒或連續(xù)方程　46　
1.9.2　動量方程：黏性應力場　47　
1.9.3　能量方程　48　
1.10　牛頓流體和氣體的流變模型　50　
1.11　初始條件和邊界條件55　
1.11.1　邊界條件　56　
1.11.2　氣體動力學問題解的存在性和唯一性　57　
1.12　氣體動力學的相似性和建模　58　
1.12.1　第一種方法：無黏理想氣體　58
1.12.2　第二種方法：相似理論　59　
1.12.3　真實氣體　62　
1.12.4　非定常流　62　
1.12.5　重液體中的物體運動　63　
1.12.6　自相似性問題　64　
1.13　曲線坐標系：歐拉方程　64　
1.13.1　其他算子　65　
1.13.2　圓柱坐標系　66　
1.13.3　球坐標系　67　
1.13.4　平面和軸對稱流動的貼體坐標系　68　
1.13.5　一般坐標系　70　
1.14　曲線坐標中的Navier-Stokes方程　72　
1.15　湍流流動　75　
1.16　黏性和非黏性流動模型　78　
第2章　無黏氣體動力學：一般問題和簡單解　81　
2.1　流函數(shù)、勢和渦　81　
2.1.1　旋度和速度環(huán)量　82　
2.1.2　速度勢　84　
2.2　氣體動力學方程積分　85　
2.2.1　定常絕熱流動　86　
2.2.2　正壓氣體的絕熱勢流　87　
2.3　一維穩(wěn)態(tài)流動　90　
2.3.1　一般方程和馬赫數(shù)的作用　90　
2.3.2　拉伐爾噴管：等熵流動　92　
2.3.3　熱噴流　95　
2.3.4　變流量噴管　95　
2.4　氣體動力學線性方程　96　
2.5　聲波傳播　99　
2.6　非線性效應：膨脹扇和激波　102　
2.7　定常細長體繞流：相似律　104　
2.7.1　相似律　106　
2.7.2　非定常比擬　109　
2.8　超聲速流動中的細長體　110　
2.8.1　平面流動　110　
2.8.2　軸對稱問題　112
2.9　細長體亞聲速繞流　116　
2.10　圓柱、球和其他不可壓縮繞流體　123　
2.11　駐點和奇異線　128　
2.11.1　平面有旋和無旋流　128　
2.11.2　軸對稱流動　129　
2.11.3　兩對稱平面　130　
2.11.4　正壓梯度駐點　131　
2.11.5　不可壓縮楔形繞流　132　
2.11.6　奇異面和奇異線　133　
2.12　亞聲速流動作用力　134　
2.13　空氣動力學特性　139　
2.14　物體加速運動　142　
第3章　激波　145　
3.1　引言：問題的公式表達　145　
3.2　黏性氣體中的激波結構　147　
3.3　完全氣體中的正激波149　
3.4　標準氣體中激波　155　
3.5　斜激波　162　
3.6　穿過激波的損失　170　
3.7　活塞和楔形體問題　173　
3.7.1　線性近似和二次近似　174　
3.7.2　薄激波層的高超聲速近似：牛頓公式　176　
第4章　特征線理論　180　
4.1　問題的數(shù)學模型　180　
4.2　一維非定常流動　184　
4.3　二維定常流動　190　
4.4　三維流動　196　
4.5　簡單波　199　
4.6　膨脹波和壓縮波特性　203　
4.6.1　膨脹波　203　
4.6.2　壓縮波　206　
4.7　在非均勻介質(zhì)中擾動的傳播　208　
4.7.1　連續(xù)介質(zhì)中的波　208　
4.7.2　旋渦流動中的短波　209　
4.7.3　激波/接觸間斷的相互作用　211
4.7.4　來自聲速線的擾動反射　214　
4.7.5　在回流點后的流動　214　
4.8　聲波和激波的相互作用　215　
4.9　任意間斷的破碎　219　
4.9.1　不規(guī)則激波相互作用　225　
4.10　薄層中的擾動　227　
4.11　激波陣面方程　231　
4.12　異常介質(zhì)中的波　236　
第5章　混合（亞聲速–超聲速）流　240　
5.1　混合流的形成　240　
5.2　跨聲速馮 卡門方程和恰普雷金方程　242　
5.3　氣體動力學問題的控制方程　247　
5.3.1　超聲速流動　248　
5.3.2　亞聲速流動　250　
5.3.3　跨聲速流動　251　
5.4　鈍體的超聲速繞流　251　
5.5　噴管和射流　256　
5.5.1　超聲速射流　258　
5.5.2　亞聲速射流　260　
5.5.3　射流與障礙物的相互作用　260　
5.6　亞聲速凸角繞流　261　
5.7　擾動與亞聲速區(qū)域的相互作用　264　
5.8　定常解的存在性　268　
第6章　自相似解和解群　270　
6.1　基本概念　270　
6.2　不可壓縮流中的錐體　271　
6.3　一些跨聲速問題　274　
6.4　超聲速流動中的錐體　277　
6.5　錐形流動　282　
6.6　攻角下的錐體　285　
6.7　超聲速流中的薄三角翼　291　
6.8　強爆炸波　296　
6.9　真實氣體中的爆炸　303　
6.10　自相似時變耗散流　305　
第7章　強激波流動　316
7.1　高超聲速穩(wěn)定性和可壓縮激波層　316　
7.2　布斯曼公式和牛頓公式　322　
7.3　鈍體：相似律　330　
7.4　氣動特性　332　
7.5　有限解：自由層　340　
7.6　活塞問題　345　
7.7　駐點附近的級數(shù)截斷法　348　
7.8　鈍體對稱軸附近的等密度流　352　
7.9　沿對稱軸的變密度流　358　
7.10　三維薄激波層　362　
7.11　錐體對稱平面附近的流動　367　
7.12　在高超聲速流動中的射流　372　
7.13　退化激波層方程　375　
第8章　尖薄體高超聲速繞流　381　
8.1　非線性理論的特征　381　
8.2　基本方程：時變類比　383　
8.3　積分守恒定律的類比　387　
8.4　相似律　389　
8.5　薄翼繞流　392　
8.6　大攻角下的薄體繞流　395　
8.7　非定常流動：曲面體法則　398　
第9章　鈍薄體繞流　406　
9.1　鈍薄體繞流的一般模式　406　
9.2　相似律和爆炸類比　409　
9.3　高熵層在真實氣體效應中的作用　415　
9.4　鈍錐繞流　417　
9.5　有攻角的旋轉體　426　
9.6　鈍前緣翼　435　
9.7　鈍頭機翼　439　
9.8　鈍體三維渦層的一些性質(zhì)　442　
9.9　流經(jīng)偏航圓柱體的非均勻高超聲速流動　446　
第10章　松弛氣體的物理化學模型450
10.1　問題的描述　450　
10.2　松弛介質(zhì)模型的基本假設　450　
10.3　氣體混合物的狀態(tài)方程　454
10.4　松弛方程與極限流態(tài)　459　
10.5　氣體成分和基本反應　464　
10.6　熵和平衡條件　467　
10.7　內(nèi)部自由度的平衡：玻爾茲曼分布　474　
10.8　化學反應平衡與氣體組成　479　
10.9　化學反應速率　483　
10.10　復雜系統(tǒng)的弛豫過程　485　
10.11　松弛反應的相互作用　489　
10.12　電子溫度的弛豫過程　493　
10.13　結論　495　
第11章　非平衡氣體流動　497　
11.1　非平衡氣體流動方程　497　
11.2　極限流區(qū)　499　
11.2.1　凍結流　500　
11.2.2　平衡流　500　
11.2.3　極限流動的等熵性　502　
11.2.4　準穩(wěn)態(tài)解　503　
11.3　極限聲速及其等級　504　
11.4　非平衡氣體中擾動的傳播速度　509　
11.5　激波和松弛區(qū)　511　
11.5.1　高超聲速激波　513　
11.5.2　非平衡激波　517　
11.6　非平衡態(tài)氣體中的短波和弱激波　517　
11.7　近平衡流動和黏性松弛比擬　522　
11.8　松弛介質(zhì)中穩(wěn)態(tài)波的一般理論　531　
11.9　二元相似律　540　
11.10　流過物體的非平衡流　542　
11.10.1　通過帶有附加激波的尖銳物體的流動　543　
11.10.2　超高聲速流動中的薄激波層　543　
11.10.3　鈍頭體駐點　545　
11.10.4　球體和細長球型鈍錐（θ=10°）　548　
11.10.5　非平衡高超聲速中的物體　554　
11.11　噴流和射流：硬化效應　555　
11.12　熱稀疏波　558
11.13　升華波　564　
第12章　黏性流動和邊界層　569　
12.1　黏性耗散氣體流動的邊界條件和運動方程　569　
12.2　Navier-Stokes方程的精確解　573　
12.2.1　一般形式Uδ=cxm　580　
12.3　拋物化的不可壓Navier-Stokes方程　580　
12.4　不可壓流動的平板邊界層　584　
12.5　可壓縮Navier-Stoke方程和邊界層方程的拋物化　589　
12.6　可壓縮氣體邊界層　595　
12.6.1　平板邊界層（超聲速尖楔或尖錐邊界層流動）　598　
12.6.2　鈍頭體駐點邊界層　603　
12.7　湍流模型和湍流特性　604　
12.8　積分關系和近似方法：鈍頭體邊界層　609　
12.9　黏性–無黏相互作用：基本效應　619　
12.9.1　位移效應　619　
12.9.2　橫向曲率效應　620　
12.9.3　尾部效應　621　
12.9.4　外流的非均勻性效應　621　
12.9.5　非薄（或擴散）激波效應　622　
12.10　非均勻流動中的邊界層　624　
12.11　非均勻流動中邊界層的質(zhì)量平均參數(shù)化方法　628　
12.12　細尖體高超聲速邊界層　632