高超声速真实气体流动
出版时间:
2022-01
版次:
1
ISBN:
9787030705556
定价:
150.00
装帧:
其他
开本:
其他
纸张:
胶版纸
页数:
284页
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本书以“非理想”气体流动和传热为背景，介绍了高超声速真实气体流动的基础及理论研究进展。基础部分包括高超声速真实气体的基本概念与控制方程、高温冻结和非平衡的流动模型。理论研究进展部分以高超声速钝头体流动和平板边界层流动为对象，阐述了稀薄气体效应、非平衡真实气体效应对驻点热流、平板热流及摩阻的影响规律。 目录
丛书序
前言
第1章绪论1
1.1高超声速飞行器分类与相应流动特性1
1.2新型巡航飞行器与稀薄气体非平衡流动4
1.3稀薄气体非平衡流动理论研究简介7
1.3.1稀薄气体效应7
1.3.2非平衡真实气体效应10
1.3.3稀薄气体效应和真实气体效应的耦合11
参考文献13
第2章分子动理论16
2.1简化的气体分子模型17
2.1.1物质结构的原子分子学说17
2.1.2理想气体的压强公式18
2.1.3温度的本质20
2.1.4分子的均方速度和均方根速度21
2.2碰撞频率与平均自由程22
2.3速度分布函数与Boltzmann方程25
2.3.1分子的速度分布函数25
2.3.2宏观量的表达26
2.3.3Boltzmann方程30
2.4Maxwell分布和气体平衡态34
2.4.1Maxwell分布34
2.4.2气体平衡态38
2.5ChapmanEnskog理论47
2.5.1ChapmanEnskog展开48
2.5.2Euler方程48
2.5.3NavierStokes方程49
2.5.4Burnett方程50
2.6输运现象51
2.6.1动量输运53
2.6.2能量输运53
2.6.3质量输运54
2.6.4输运系数54
参考文献57
第3章高温真实气体流动方程59
3.1气体的分类及状态方程59
3.1.1真实气体与热完全气体59
3.1.2热完全气体的状态方程60
3.1.3高温气体的分类64
3.2热力学基本定律和概念68
3.2.1气体的内能68
3.2.2热力学定律、焓和比热71
3.2.3热力学第二定律和熵73
3.3高温气体的热力学特性74
3.3.1基本热力学函数74
3.3.2化学反应气体的平衡条件与组分78
3.3.3多组元平衡化学反应气体的热力学特性83
3.4高温气体的振动和化学非平衡85
3.4.1振动弛豫过程和振动速率方程85
3.4.2化学非平衡和反应速率方程89
3.4.3振动离解反应耦合机制92
3.5高温气体流动的控制方程94
3.5.1扩散速度和质量扩散通量94
3.5.2混合气体的热传导和扩散传热95
3.5.3控制方程组99
3.5.4边界条件106
参考文献110
第4章气体的冻结流动与平衡流动111
4.1冻结流动113
4.1.1无黏冻结流动的热力学特性113
4.1.2无黏冻结流与平衡流的比较116
4.2平衡气体的激波与膨胀波117
4.2.1平衡正激波和斜激波118
4.2.2平衡比热和平衡声速124
4.2.3平衡普朗特迈耶（PrandtlMeyer）膨胀流129
4.3平衡边界层流动与传热131
4.3.1边界层方程的相似变换131
4.3.2离解空气的二元模型135
4.3.3平衡边界层驻点传热139
4.3.4冻结边界层驻点传热142
参考文献147
第5章高超声速稀薄气体流动149
5.1驻点稀薄流动149
5.1.1问题的描述149
5.1.2问题分析和研究思路152
5.1.3稀薄流动中的非线性传热152
5.1.4稀薄流动判据154
5.1.5流场结构特征理论分析158
5.1.6流动领域划分与流场结构特征161
5.1.7各领域气动加热特征和桥函数估算公式163
5.1.8稀薄流动判据的推广和讨论166
5.2平板流动的非线性剪切和非线性传热169
5.2.1经典连续流理论——层流边界层170
5.2.2速度滑移理论172
5.2.3解决问题的思路173
5.2.4Burnett方程二阶摩阻与热流174
5.2.5摩阻和热流分布的近似理论182
5.2.6壁面温度对稀薄气体效应的影响184
5.2.7摩阻与热流的比拟关系186
5.3钝头体壁面剪切和传热的比拟关系188
5.3.1问题描述与研究现状188
5.3.2连续流中的摩阻和热流之比（钝头体表面的摩阻热流比拟关系）189
5.3.3稀薄气体流动中的非线性剪切和传热197
5.4小结201
参考文献202
第6章高超声速非平衡流动205
6.1正激波后化学非平衡流动206
6.1.1问题的描述206
6.1.2物理模型的建立207
6.1.3离解复合化学反应速率方程210
6.1.4激波后气体化学非平衡流动特征分析213
6.2非平衡边界层流动与传热221
6.2.1问题的描述与建模222
6.2.2问题分析和研究思路225
6.2.3前缘驻点线上能量传递模型的验证227
6.2.4驻点边界层外的离解非平衡流动230
6.2.5不同参数条件下的离解非平衡特性237
6.2.6驻点边界层内的复合非平衡流动242
6.3非平衡真实气体效应桥函数公式244
6.3.1驻点热流的桥函数公式244
6.3.2真实气体流动相似律246
6.3.3桥函数的工程应用247
6.4化学能适应对非平衡流动和催化加热250
6.4.1壁面的能量适应分析251
6.4.2驻点传热的理论建模253
6.4.3非平衡驻点边界层传热的统一理论框架256
6.4.4模型验证261
6.5小结266
参考文献268
-
内容简介:
本书以“非理想”气体流动和传热为背景，介绍了高超声速真实气体流动的基础及理论研究进展。基础部分包括高超声速真实气体的基本概念与控制方程、高温冻结和非平衡的流动模型。理论研究进展部分以高超声速钝头体流动和平板边界层流动为对象，阐述了稀薄气体效应、非平衡真实气体效应对驻点热流、平板热流及摩阻的影响规律。
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目录:
目录
丛书序
前言
第1章绪论1
1.1高超声速飞行器分类与相应流动特性1
1.2新型巡航飞行器与稀薄气体非平衡流动4
1.3稀薄气体非平衡流动理论研究简介7
1.3.1稀薄气体效应7
1.3.2非平衡真实气体效应10
1.3.3稀薄气体效应和真实气体效应的耦合11
参考文献13
第2章分子动理论16
2.1简化的气体分子模型17
2.1.1物质结构的原子分子学说17
2.1.2理想气体的压强公式18
2.1.3温度的本质20
2.1.4分子的均方速度和均方根速度21
2.2碰撞频率与平均自由程22
2.3速度分布函数与Boltzmann方程25
2.3.1分子的速度分布函数25
2.3.2宏观量的表达26
2.3.3Boltzmann方程30
2.4Maxwell分布和气体平衡态34
2.4.1Maxwell分布34
2.4.2气体平衡态38
2.5ChapmanEnskog理论47
2.5.1ChapmanEnskog展开48
2.5.2Euler方程48
2.5.3NavierStokes方程49
2.5.4Burnett方程50
2.6输运现象51
2.6.1动量输运53
2.6.2能量输运53
2.6.3质量输运54
2.6.4输运系数54
参考文献57
第3章高温真实气体流动方程59
3.1气体的分类及状态方程59
3.1.1真实气体与热完全气体59
3.1.2热完全气体的状态方程60
3.1.3高温气体的分类64
3.2热力学基本定律和概念68
3.2.1气体的内能68
3.2.2热力学定律、焓和比热71
3.2.3热力学第二定律和熵73
3.3高温气体的热力学特性74
3.3.1基本热力学函数74
3.3.2化学反应气体的平衡条件与组分78
3.3.3多组元平衡化学反应气体的热力学特性83
3.4高温气体的振动和化学非平衡85
3.4.1振动弛豫过程和振动速率方程85
3.4.2化学非平衡和反应速率方程89
3.4.3振动离解反应耦合机制92
3.5高温气体流动的控制方程94
3.5.1扩散速度和质量扩散通量94
3.5.2混合气体的热传导和扩散传热95
3.5.3控制方程组99
3.5.4边界条件106
参考文献110
第4章气体的冻结流动与平衡流动111
4.1冻结流动113
4.1.1无黏冻结流动的热力学特性113
4.1.2无黏冻结流与平衡流的比较116
4.2平衡气体的激波与膨胀波117
4.2.1平衡正激波和斜激波118
4.2.2平衡比热和平衡声速124
4.2.3平衡普朗特迈耶（PrandtlMeyer）膨胀流129
4.3平衡边界层流动与传热131
4.3.1边界层方程的相似变换131
4.3.2离解空气的二元模型135
4.3.3平衡边界层驻点传热139
4.3.4冻结边界层驻点传热142
参考文献147
第5章高超声速稀薄气体流动149
5.1驻点稀薄流动149
5.1.1问题的描述149
5.1.2问题分析和研究思路152
5.1.3稀薄流动中的非线性传热152
5.1.4稀薄流动判据154
5.1.5流场结构特征理论分析158
5.1.6流动领域划分与流场结构特征161
5.1.7各领域气动加热特征和桥函数估算公式163
5.1.8稀薄流动判据的推广和讨论166
5.2平板流动的非线性剪切和非线性传热169
5.2.1经典连续流理论——层流边界层170
5.2.2速度滑移理论172
5.2.3解决问题的思路173
5.2.4Burnett方程二阶摩阻与热流174
5.2.5摩阻和热流分布的近似理论182
5.2.6壁面温度对稀薄气体效应的影响184
5.2.7摩阻与热流的比拟关系186
5.3钝头体壁面剪切和传热的比拟关系188
5.3.1问题描述与研究现状188
5.3.2连续流中的摩阻和热流之比（钝头体表面的摩阻热流比拟关系）189
5.3.3稀薄气体流动中的非线性剪切和传热197
5.4小结201
参考文献202
第6章高超声速非平衡流动205
6.1正激波后化学非平衡流动206
6.1.1问题的描述206
6.1.2物理模型的建立207
6.1.3离解复合化学反应速率方程210
6.1.4激波后气体化学非平衡流动特征分析213
6.2非平衡边界层流动与传热221
6.2.1问题的描述与建模222
6.2.2问题分析和研究思路225
6.2.3前缘驻点线上能量传递模型的验证227
6.2.4驻点边界层外的离解非平衡流动230
6.2.5不同参数条件下的离解非平衡特性237
6.2.6驻点边界层内的复合非平衡流动242
6.3非平衡真实气体效应桥函数公式244
6.3.1驻点热流的桥函数公式244
6.3.2真实气体流动相似律246
6.3.3桥函数的工程应用247
6.4化学能适应对非平衡流动和催化加热250
6.4.1壁面的能量适应分析251
6.4.2驻点传热的理论建模253
6.4.3非平衡驻点边界层传热的统一理论框架256
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