《空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》可作為高等工業(yè)院校有關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)教材,特別是作為飛行器設(shè)計(jì)、宇航動(dòng)力、發(fā)射工程、航天運(yùn)輸、工程力學(xué)、安全工程以及能源動(dòng)力類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的教材,也可供相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科技人員參考。本教材對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)作了全面介紹,全書(shū)共分7章,分別介紹了流體力學(xué)與熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、二維位勢(shì)流流動(dòng)、定常一維流動(dòng)、膨脹波與激波、層流與湍流邊界層、氣體的多維流動(dòng)分析以及計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ),涵蓋了空氣動(dòng)力學(xué)的主要基礎(chǔ)內(nèi)容,從低速到高速、從一維到三維、從亞聲速到高超聲速流動(dòng)的基礎(chǔ)內(nèi)容。全書(shū)特別注意講述空氣動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本方程和基本求解方法,始終貫穿了基礎(chǔ)、實(shí)用、簡(jiǎn)練的方針,力圖做到深入淺出,少而精。
王保國(guó),教授,博士生導(dǎo)師,1947年生、山東省臨清市人。北京市教學(xué)名師、北京理工大學(xué)流體力學(xué)學(xué)科帶頭人。在中國(guó)科學(xué)院學(xué)習(xí)與工作的16年間,曾兩次榮獲中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng);1993年榮獲國(guó)家勞動(dòng)人事部首屆全國(guó)優(yōu)秀博士后獎(jiǎng),成為1986至1993年問(wèn)全國(guó)50名獲獎(jiǎng)人之一;在清華大學(xué)任教授與博導(dǎo)的10年間,曾兩次榮獲清華大學(xué)教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)。2003年起,以知名教授、學(xué)科帶頭人的方式由清華大學(xué)引進(jìn)到北京理工大學(xué)任教,先后擔(dān)任該校流體力學(xué)、工程熱物理等3個(gè)學(xué)科的帶頭人。已出版《氣體動(dòng)力學(xué)》等4部學(xué)術(shù)專(zhuān)著與教材:發(fā)表學(xué)術(shù)論文190余篇,其中包括在《AJAA》、《ASME》、《IntemationalJournal for Numerical Methods in Fluids》、《應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)》、《力學(xué)學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外著名雜志上,F(xiàn)任宇航學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、學(xué)科帶頭人:中國(guó)人類(lèi)工效學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、人機(jī)工程委員會(huì)主任;全國(guó)人一機(jī)一環(huán)境委員會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)等職務(wù)。
劉淑艷教授,黑龍江省哈爾濱市人。曾先后赴美國(guó)、德國(guó)和法國(guó)作高級(jí)訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者進(jìn)行流體力學(xué)研究。自1 978年至今一直擔(dān)任本科生《流體力學(xué)》、《空氣動(dòng)力學(xué)》等課程的教學(xué)工作;1994年榮獲國(guó)家科技發(fā)明獎(jiǎng),她為主要獲獎(jiǎng)人之一;曾多次榮獲兵器工業(yè)部和國(guó)防科工委的獎(jiǎng)勵(lì)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇,出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著和教材共5部。
第1章 流體力學(xué)與熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
1.1 空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概況
1.1.1 空氣動(dòng)力學(xué)研究的基本任務(wù)
1.1.2 空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展
1.1.3 空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的分類(lèi)
1.1.4 空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的研究方法
1.1.5 我國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概況
1.2 氣體的基本物理性質(zhì)
1.2.1 流體的密度、壓強(qiáng)和溫度
1.2.2 氣體的壓縮性、黏性和傳熱性
1.2.3 流體的基本模型
1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)大氣
1.3 聲速和馬赫數(shù)
1.3.1 聲速
1.3.2 馬赫數(shù)
1.4 熱力學(xué)中的基本定律
1.4.1 完全氣體、狀態(tài)方程、內(nèi)能和焓
1.4.2 熱力學(xué)第一定律
1.4.3 熱力學(xué)第二定律
1.5 描述流體運(yùn)動(dòng)的兩種方法
1.5.1 流場(chǎng)及其兩種描述方法
1.5.2 跡線(xiàn)、流線(xiàn)和流管
1.6 流體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析
1.6.1 微團(tuán)運(yùn)動(dòng)的分析
1.6.2 散度、旋度和速度勢(shì)
1.7 連續(xù)方程的微分與積分形式
1.7.1 連續(xù)方程的積分形式
1.7.2 連續(xù)方程的微分形式
1.8 動(dòng)量方程的微分與積分形式
1.8.1 動(dòng)量方程的積分形式
1.8.2 動(dòng)量方程的微分形式
1.9 能量方程的微分與積分形式
1.9.1 能量方程的積分形式
1.9.2 能量方程的微分形式
1.9.3 一維定常流的能量方程
習(xí)題1
第2章 二維位勢(shì)流流動(dòng)
2.1 不可壓縮流體的速度勢(shì)方程
2.1.1 基本方程與邊界條件
2.1.2 流動(dòng)的疊加
2.2 幾種簡(jiǎn)單的二維位勢(shì)流
2.2.1 直勻流、點(diǎn)源與點(diǎn)渦
2.2.2 直勻流中的點(diǎn)源
2.2.3 等強(qiáng)度的點(diǎn)源和點(diǎn)匯——偶極子
2.3 庫(kù)塔一儒可夫斯基升力定理
2.3.1 繞圓柱的無(wú)環(huán)量流動(dòng)
2.3.2 繞圓柱的有環(huán)量流動(dòng)
2.3.3 庫(kù)塔一儒可夫斯基定理
習(xí)題2
第3章 定常一維流動(dòng)
3.1 幾種簡(jiǎn)單的一維定常流動(dòng)
3.2 絕熱流和等熵流
3.2.1 能量方程及其特征常數(shù)
3.2.2 無(wú)量綱速度——A數(shù)
3.2.3 沿流線(xiàn)的等熵關(guān)系式
3.2.4 比流量與流量
3.3 變截面一維等熵流動(dòng)
3.3.1 變截面管中一維流動(dòng)的基本方程
3.3.2 截面積變化對(duì)氣流參數(shù)的影響
3.4 等截面一維摩擦管流
3.4.1 等截面摩擦管流的焓熵圖
3.4.2 摩擦對(duì)氣流參數(shù)的影響
3.4.3 摩擦管中氣流參數(shù)的計(jì)算
3.4.4 摩擦壅塞
3.5 等截面一維加熱管流
3.5.1 等截面換熱管流的焓熵圖
3.5.2 熱量交換對(duì)氣流參數(shù)的影響
3.5.3 換熱管流的計(jì)算
3.5.4 加熱壅塞現(xiàn)象
習(xí)題3
第4章 膨脹波與激波
4.1 弱擾動(dòng)在氣流中的傳播
4.2 普朗特一邁耶流動(dòng)
4.2.1 膨脹波的形成及其特點(diǎn)
4.2.2 膨脹波的計(jì)算
4.2.3 普朗特一邁耶函數(shù)
4.3 弱壓縮波
4.4 膨脹波的反射與相交
4.4.1 膨脹波在直固壁上的反射
4.4.2 膨脹波的相交
4.4.3 膨脹波在自由邊界上的反射
4.4.4 膨脹波與壓縮波的相交
4.5 斜激波中氣體參數(shù)的基本關(guān)系式
4.5.1 基本方程式
4.5.2 朗金一雨貢紐關(guān)系式
4.5.3 普朗特關(guān)系式
4.5.4 激波前后參數(shù)間的主要關(guān)系式
4.5.5 激波的強(qiáng)解與弱解
4.5.6 斜激波的計(jì)算
4.6 激波的相交與反射
4.6.1 激波在固體直壁上的反射
4.6.2 激波在自由邊界上的反射
4.6.3 異側(cè)激波的相交
4.6.4 同側(cè)激波的相交
4.6.5 激波的不規(guī)則反射和相交
4.6.6 激波和膨脹波的相交
習(xí)題4
第5章 層流與湍流邊界層
5.1 層流與湍流的基本概念
5.1.1 黏性流體與無(wú)黏流體
5.1.2 層流與湍流
5.1.3 邊界層內(nèi)沿物面法線(xiàn)方向的壓強(qiáng)變化特征
5.1.4 邊界層的厚度
5.2 二維層流邊界層的相似解
5.2.1 邊界層微分方程的推導(dǎo)
5.2.2 平板上邊界層微分方程的相似解
5.2.3 具有相似解的曲面邊界層方程
5.2.4 一般情況下邊界層微分方程的數(shù)值解
5.3 二維湍流邊界層的主要物理特征及壁面律
5.3.1 湍流邊界層的復(fù)合層性質(zhì)
5.3.2 壁面律和內(nèi)層結(jié)構(gòu)
5.3.3 速度虧損律
5.3.4 湍流邊界層的間歇現(xiàn)象
5.4 邊界層的動(dòng)量積分方程
5.4.1 卡門(mén)動(dòng)量積分關(guān)系式的推導(dǎo)
5.4.2 動(dòng)量積分關(guān)系式在層流與湍流中的應(yīng)用
5.4.3 平板層流與湍流邊界層的流動(dòng)特性與計(jì)算
……
第6章 氣體的多維流動(dòng)分析
第7章 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)
附表1 常見(jiàn)流體的密度和重度
附表2 空氣和水的物理屬性
附表3 標(biāo)準(zhǔn)大氣的物理屬性
附表4 一維等熵流氣動(dòng)函數(shù)表
附表5 氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)表(k=1.4時(shí))
附表6 正激波前后氣流參數(shù)表(k=1.4時(shí))
附表7 斜激波前后氣流參數(shù)表(完全氣體k=1.4)
附表8 有摩擦等截面管中的絕熱流動(dòng)表
附表9 普朗特-邁耶函數(shù)表(k=1.4時(shí))
參考文獻(xiàn)
第1章 流體力學(xué)與熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
1.1 空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展概況
1.1.1 空氣動(dòng)力學(xué)研究的基本任務(wù)
空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)是研究氣體與物體之問(wèn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)氣體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,以及氣體與物體之間作用力的科學(xué)。
空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)首先與飛機(jī)的產(chǎn)生、發(fā)展聯(lián)系在一起。在這個(gè)意義上,這門(mén)科學(xué)對(duì)于航空航天專(zhuān)業(yè)來(lái)講要涉及到飛行器的飛行性能、穩(wěn)定性和操縱性問(wèn)題。
氣體相對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng),可以在物體的外部進(jìn)行,例如空氣流過(guò)飛機(jī)表面、導(dǎo)彈表面和螺旋槳等;也可以在物體的內(nèi)部進(jìn)行,像空氣在風(fēng)洞內(nèi)部、進(jìn)氣道內(nèi)部或者葉輪機(jī)械內(nèi)部的流動(dòng)。在這些外部或內(nèi)部流動(dòng)中,盡管空氣的具體運(yùn)動(dòng)和研究運(yùn)動(dòng)的目的有所不同,但它們都有一些共同的流動(dòng)現(xiàn)象,遵循一些共同的流動(dòng)規(guī)律,例如:滿(mǎn)足質(zhì)量守恒、牛頓第二定律、能量守恒和熱力學(xué)第一定律、第二定律等。
研究空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)的基本任務(wù),不僅要認(rèn)識(shí)這些流動(dòng)所發(fā)生的一些現(xiàn)象的基本實(shí)質(zhì),而且要找出這些共同的基本規(guī)律在空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)中的表述,并且研究如何應(yīng)用這些規(guī)律能動(dòng)地解決飛行器以及各種動(dòng)力裝置中的氣體動(dòng)力問(wèn)題。