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高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng)

高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2023-03-01
開(kāi)本： B5 頁(yè)數(shù)： 756
中 圖 價(jià):¥211.6(7.1折) 定價(jià)  ¥298.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787030743404
  • 條形碼：9787030743404 ; 978-7-03-074340-4
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
  • 重量：暫無(wú)
  • 所屬分類(lèi)：>

高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)是一本現(xiàn)代氣體動(dòng)力學(xué)手冊(cè)，重點(diǎn)是超聲速流動(dòng)、特別是高超聲速流動(dòng)。本書(shū)主題包括兩個(gè)：無(wú)粘氣體動(dòng)力學(xué)和粘性氣體動(dòng)力學(xué)。無(wú)粘氣體動(dòng)力學(xué)的闡述幾乎貫穿整個(gè)專(zhuān)著，粘性流動(dòng)理論僅在應(yīng)用于高空大氣中的高超聲速飛行時(shí)進(jìn)行了主要概述。伴隨著高溫的高超聲速飛行，通常會(huì)發(fā)生各種物理和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,比如離解、電離、輻射；他們背后的原因正是本書(shū)主要講述的氣體--真實(shí)氣體。該書(shū)圍繞氣體動(dòng)力學(xué)方程的基本體系設(shè)想、構(gòu)造有特定功能的附加方程，從而構(gòu)建真實(shí)氣體流動(dòng)的一般氣體動(dòng)力學(xué)理論。作者試圖避免繁瑣的近似方法，通過(guò)參考一些簡(jiǎn)單、可分析的例子、應(yīng)用相似律和漸近分析方法，讓讀者了解一般模式的思想、典型流動(dòng)特征以及這些流動(dòng)的真實(shí)氣體效應(yīng)。

高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng) 目錄

目錄
前言　
第1章　氣動(dòng)模型和氣體流動(dòng)方程　1　
1.1　氣動(dòng)模型概述　1　
1.2　一維流動(dòng)的氣體動(dòng)力學(xué)方程和假設(shè)　7　
1.2.1　動(dòng)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(dòng)力學(xué)理論知識(shí)　18　
1.5　熵和熱力學(xué)第二定律　24　
1.6　聲速　27　
1.7　流體和氣體運(yùn)動(dòng)的積分方程：一個(gè)簡(jiǎn)單的例子　32　
1.7.1　質(zhì)量守恒定律　33　
1.7.2　動(dòng)量守恒定律　33　
1.7.3　能量方程　33　
1.8　流體介質(zhì)運(yùn)動(dòng)學(xué)的若干問(wèn)題：向量微分算子　39　
1.8.1　粒子軌跡和流線(xiàn)　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(duì)的散度　46　
1.9　氣體動(dòng)力學(xué)微分方程　46　
1.9.1　質(zhì)量守恒或連續(xù)方程　46　
1.9.2　動(dòng)量方程：黏性應(yīng)力場(chǎng)　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(dòng)力學(xué)問(wèn)題解的存在性和唯一性　57　
1.12　氣體動(dòng)力學(xué)的相似性和建！58　
1.12.1　**種方法：無(wú)黏理想氣體　58
1.12.2　第二種方法：相似理論　59　
1.12.3　真實(shí)氣體　62　
1.12.4　非定常流　62　
1.12.5　重液體中的物體運(yùn)動(dòng)　63　
1.12.6　自相似性問(wèn)題　64　
1.13　曲線(xiàn)坐標(biāo)系：歐拉方程　64　
1.13.1　其他算子　65　
1.13.2　圓柱坐標(biāo)系　66　
1.13.3　球坐標(biāo)系　67　
1.13.4　平面和軸對(duì)稱(chēng)流動(dòng)的貼體坐標(biāo)系　68　
1.13.5　一般坐標(biāo)系　70　
1.14　曲線(xiàn)坐標(biāo)中的Navier-Stokes方程　72　
1.15　湍流流動(dòng)　75　
1.16　黏性和非黏性流動(dòng)模型　78　
第2章　無(wú)黏氣體動(dòng)力學(xué)：一般問(wèn)題和簡(jiǎn)單解　81　
2.1　流函數(shù)、勢(shì)和渦　81　
2.1.1　旋度和速度環(huán)量　82　
2.1.2　速度勢(shì)　84　
2.2　氣體動(dòng)力學(xué)方程積分　85　
2.2.1　定常絕熱流動(dòng)　86　
2.2.2　正壓氣體的絕熱勢(shì)流　87　
2.3　一維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)　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(dòng)　92　
2.3.3　熱噴流　95　
2.3.4　變流量噴管　95　
2.4　氣體動(dòng)力學(xué)線(xiàn)性方程　96　
2.5　聲波傳播　99　
2.6　非線(xiàn)性效應(yīng)：膨脹扇和激波　102　
2.7　定常細(xì)長(zhǎng)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(dòng)中的細(xì)長(zhǎng)體　110　
2.8.1　平面流動(dòng)　110　
2.8.2　軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題　112
2.9　細(xì)長(zhǎng)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(diǎn)和奇異線(xiàn)　128　
2.11.1　平面有旋和無(wú)旋流　128　
2.11.2　軸對(duì)稱(chēng)流動(dòng)　129　
2.11.3　兩對(duì)稱(chēng)平面　130　
2.11.4　正壓梯度駐點(diǎn)　131　
2.11.5　不可壓縮楔形繞流　132　
2.11.6　奇異面和奇異線(xiàn)　133　
2.12　亞聲速流動(dòng)作用力　134　
2.13　空氣動(dòng)力學(xué)特性　139　
2.14　物體加速運(yùn)動(dòng)　142　
第3章　激波　145　
3.1　引言：?jiǎn)栴}的公式表達(dá)　145　
3.2　黏性氣體中的激波結(jié)構(gòu)　147　
3.3　完全氣體中的正激波149　
3.4　標(biāo)準(zhǔn)氣體中激波　155　
3.5　斜激波　162　
3.6　穿過(guò)激波的損失　170　
3.7　活塞和楔形體問(wèn)題　173　
3.7.1　線(xiàn)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(xiàn)理論　180　
4.1　問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型　180　
4.2　一維非定常流動(dòng)　184　
4.3　二維定常流動(dòng)　190　
4.4　三維流動(dòng)　196　
4.5　簡(jiǎn)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(dòng)的傳播　208　
4.7.1　連續(xù)介質(zhì)中的波　208　
4.7.2　旋渦流動(dòng)中的短波　209　
4.7.3　激波/接觸間斷的相互作用　211
4.7.4　來(lái)自聲速線(xiàn)的擾動(dòng)反射　214　
4.7.5　在回流點(diǎn)后的流動(dòng)　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(dòng)　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(mén)方程和恰普雷金方程　242　
5.3　氣體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的控制方程　247　
5.3.1　超聲速流動(dòng)　248　
5.3.2　亞聲速流動(dòng)　250　
5.3.3　跨聲速流動(dòng)　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(dòng)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(wèn)題　274　
6.4　超聲速流動(dòng)中的錐體　277　
6.5　錐形流動(dòng)　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(qiáng)爆炸波　296　
6.9　真實(shí)氣體中的爆炸　303　
6.10　自相似時(shí)變耗散流　305　
第7章　強(qiáng)激波流動(dòng)　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(dòng)特性　332　
7.5　有限解：自由層　340　
7.6　活塞問(wèn)題　345　
7.7　駐點(diǎn)附近的級(jí)數(shù)截?cái)喾ā?48　
7.8　鈍體對(duì)稱(chēng)軸附近的等密度流　352　
7.9　沿對(duì)稱(chēng)軸的變密度流　358　
7.10　三維薄激波層　362　
7.11　錐體對(duì)稱(chēng)平面附近的流動(dòng)　367　
7.12　在高超聲速流動(dòng)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(xiàn)性理論的特征　381　
8.2　基本方程：時(shí)變類(lèi)比　383　
8.3　積分守恒定律的類(lèi)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(dòng)：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(lèi)比　409　
9.3　高熵層在真實(shí)氣體效應(yīng)中的作用　415　
9.4　鈍錐繞流　417　
9.5　有攻角的旋轉(zhuǎn)體　426　
9.6　鈍前緣翼　435　
9.7　鈍頭機(jī)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(dòng)　446　
第10章　松弛氣體的物理化學(xué)模型450
10.1　問(wèn)題的描述　450　
10.2　松弛介質(zhì)模型的基本假設(shè)　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(yīng)　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(xué)反應(yīng)平衡與氣體組成　479　
10.9　化學(xué)反應(yīng)速率　483　
10.10　復(fù)雜系統(tǒng)的弛豫過(guò)程　485　
10.11　松弛反應(yīng)的相互作用　489　
10.12　電子溫度的弛豫過(guò)程　493　
10.13　結(jié)論　495　
第11章　非平衡氣體流動(dòng)　497　
11.1　非平衡氣體流動(dòng)方程　497　
11.2　極限流區(qū)　499　
11.2.1　凍結(jié)流　500　
11.2.2　平衡流　500　
11.2.3　極限流動(dòng)的等熵性　502　
11.2.4　準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)解　503　
11.3　極限聲速及其等級(jí)　504　
11.4　非平衡氣體中擾動(dòng)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(dòng)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(guò)物體的非平衡流　542　
11.10.1　通過(guò)帶有附加激波的尖銳物體的流動(dòng)　543　
11.10.2　超高聲速流動(dòng)中的薄激波層　543　
11.10.3　鈍頭體駐點(diǎn)　545　
11.10.4　球體和細(xì)長(zhǎng)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(yīng)　555　
11.12　熱稀疏波　558
11.13　升華波　564　
第12章　黏性流動(dòng)和邊界層　569　
12.1　黏性耗散氣體流動(dòng)的邊界條件和運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)）　598　
12.6.2　鈍頭體駐點(diǎn)邊界層　603　
12.7　湍流模型和湍流特性　604　
12.8　積分關(guān)系和近似方法：鈍頭體邊界層　609　
12.9　黏性–無(wú)黏相互作用：基本效應(yīng)　619　
12.9.1　位移效應(yīng)　619　
12.9.2　橫向曲率效應(yīng)　620　
12.9.3　尾部效應(yīng)　621　
12.9.4　外流的非均勻性效應(yīng)　621　
12.9.5　非。ɑ驍U(kuò)散）激波效應(yīng)　622　
12.10　非均勻流動(dòng)中的邊界層　624　
12.11　非均勻流動(dòng)中邊界層的質(zhì)量平均參數(shù)化方法　628　
12.12　細(xì)尖體高超聲速邊界層　632　
展開(kāi)全部

高超聲速真實(shí)氣體流動(dòng) 節(jié)選

第1章氣動(dòng)模型和氣體流動(dòng)方程 本章將定義一個(gè)稱(chēng)為氣動(dòng)模型的氣體流動(dòng)模型，它能夠充分描述標(biāo)準(zhǔn)尺寸的飛行器在中等密度介質(zhì)中典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的周?chē)鲌?chǎng)特征，例如，在地球和其他行星的大氣層中飛行，或在試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)中開(kāi)展試驗(yàn)。在該模型的框架內(nèi)，將推導(dǎo)出氣體流動(dòng)的控制方程，并將闡明一些伴隨的理論問(wèn)題。 首先，由于一維流動(dòng)不需要借助復(fù)雜的矢量和張量計(jì)算，可以首先通過(guò)簡(jiǎn)單的一維流動(dòng)來(lái)揭示氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程的機(jī)理和物理規(guī)律，然后再推導(dǎo)一般形式的氣體動(dòng)力學(xué)方程。 與此同時(shí)，本章只給出一些經(jīng)典理論的精簡(jiǎn)形式，如運(yùn)動(dòng)學(xué)理論、張量分析等。詳細(xì)的介紹可以參考Kochin，Kibel和Roze（1963），Loitsyanskii（1966），Rakhmat-ullin Loitsyanskii等（1970），Sedov（1972），Landau和Lifshitz（1959）等或其他學(xué)者的書(shū)籍。 1.1氣動(dòng)模型概述 在講述氣體流動(dòng)的一般理論之前，我們首先介紹適用于常見(jiàn)氣體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中氣體介質(zhì)的氣動(dòng)模型。 通常，我們采用“介質(zhì)模型”這個(gè)詞時(shí)，意味著用一組控制方程去完全確定一個(gè)特定的過(guò)程，同時(shí)考慮一些額外條件（如邊界、初始條件等）。接下來(lái)將介紹氣動(dòng)模型的本質(zhì)。 在構(gòu)建氣動(dòng)模型（和其他學(xué)科分支的模型一樣）時(shí)，應(yīng)先考慮其應(yīng)用的目的和條件，本書(shū)旨在為各種在大氣層內(nèi)的飛行器丨或各種空間軌道再入飛行器，即外流問(wèn)題）的工程發(fā)展，以及對(duì)噴流和導(dǎo)流（內(nèi)流問(wèn)題）的研究等提供指導(dǎo)。在本書(shū)的主題之一的外流問(wèn)題中，氣動(dòng)模型的應(yīng)用環(huán)境取決于飛行器的尺寸L、飛行速度U和飛行高度H決定的流動(dòng)介質(zhì)參數(shù)，如壓力p、密度p、溫度T等。 然而，地球大氣溫度r在[200K，300K]范圍內(nèi)，變化相當(dāng)小，但是壓力和密度的變化可能有幾個(gè)量級(jí)。圖1.1為地球大氣層的氣體統(tǒng)計(jì)參數(shù)（即所謂的“標(biāo)準(zhǔn)大氣”參數(shù)）。對(duì)靜力學(xué)方程dp=-pgdH進(jìn)行積分，其中重力加速度g=9.81m/s2，根據(jù)等溫條件，可以得到 （1.1.1） 其中，分子濃度n、平均分子自由程I和Pa等參數(shù)用海平面的值進(jìn)行歸一化。圖1.1表明，上述公式準(zhǔn)確地描述了0=0.14km-1時(shí)的大氣密度和壓力。 在稠密大氣層內(nèi)（H（100km），密度比義和其他比值的變化可能高達(dá)106，這勢(shì)必會(huì)影響氣體動(dòng)力學(xué)機(jī)理和流動(dòng)模型的一些特性。一般地，這些模型的變化取決于飛行范圍，如圖1.2所示的飛行條件。 絕大多數(shù)的氣體動(dòng)力學(xué)理論（稀薄氣體相關(guān)的理論除外）是由基本模型或連續(xù)介質(zhì)假設(shè)發(fā)展而來(lái)的，連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為，氣體是粒子結(jié)構(gòu)，允許分子和原子在充滿(mǎn)粒子的空間中自由移動(dòng)。地球大氣的分子濃度髙（這將在1.4節(jié)中更詳細(xì)地討論），所以該模型意味著可以通過(guò)將單分子的獨(dú)立參數(shù)的集合轉(zhuǎn)換到一組宏觀的平均參數(shù)，來(lái)描述氣體的狀態(tài)和屬性。而對(duì)于稀薄氣體（如在高度F>100～120km的大氣層內(nèi)），像壓力和溫度這些傳統(tǒng)的熱力學(xué)概念不再成立，這種低密度介質(zhì)的主要特性是，分子的分布函數(shù)與速度、空間、時(shí)間等相關(guān)。該流動(dòng)模型（構(gòu)成了氣體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)）可以認(rèn)為是在構(gòu)建氣體密度遞減的連續(xù)模型層次的*終階段。自由分子流動(dòng)區(qū)域的密度更低（飛行高度更高），這種區(qū)域內(nèi)的氣體不再是連續(xù)介質(zhì)。 隨著氣體密度增加（即飛行高度H≦90～100km時(shí)），存在一個(gè)普適的簡(jiǎn)單宏觀模型，我們稱(chēng)之為氣體動(dòng)力學(xué)介質(zhì)模型，恰好氣體動(dòng)力這個(gè)詞在一般意義上能夠準(zhǔn)確地描述這個(gè)范圍內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)。 在這種流動(dòng)狀態(tài)下，氣體動(dòng)力學(xué)特性可以通過(guò)一組宏觀參數(shù)來(lái)描述，如氣體速度矢量t/;基本熱力學(xué)參數(shù)，如壓力p、密度p、溫度:T和比能e（單位氣體質(zhì)量的能量）；以及一組動(dòng)力學(xué)參數(shù)。而在一般流動(dòng)狀態(tài)下，由每個(gè)組分i的混合物和狀態(tài)決定。該模型主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容。 （1）熱力學(xué)參數(shù)之間的約束（代數(shù)）關(guān)系稱(chēng)為狀態(tài)方程。特別地，標(biāo)準(zhǔn)條件下的理想氣體滿(mǎn)足克拉拍龍（Clapeyron）狀態(tài)方程和能量方程，其中，片是給定氣體的氣體常數(shù)，^是定容比熱容。 （2）內(nèi)部宏觀力（應(yīng)力）和速度場(chǎng)之間的關(guān)系，或流變介質(zhì)模型（考慮黏性的情況下）。 （3）基于質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒的基本方程組。 總體來(lái)看，按照氣體密度增加的方向，可以將氣體動(dòng)力學(xué)發(fā)展體系依次分為兩個(gè)階段。一般地，氣體中的每個(gè)微粒單元面除了受到靜壓力p產(chǎn)生的法向力外，還受到黏性應(yīng)力的作用。同時(shí)，氣體混合物組分（多組分介質(zhì)時(shí)）間的熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散通過(guò)微粒單元會(huì)產(chǎn)生熱通量，這種效應(yīng)被稱(chēng)為耗散。結(jié)合黏性流體的實(shí)際模型，推導(dǎo)出納維-斯托克斯（Navier-Stokes，N-S）方程，是氣動(dòng)模型發(fā)展體系的*高階段。 嚴(yán)格地說(shuō)，決定黏性流動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)并不是密度，而是一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，即雷諾（Reynolds）數(shù)，Re=pUL/no氣體或液體的黏度/x主要取決于溫度。因此，大氣飛行中雷諾數(shù)的數(shù)量級(jí)主要由密度決定。典型再入條件下，Re和高度的依賴(lài)關(guān)系如圖1.1所示。 在高雷諾數(shù)流動(dòng)中，黏度的影響只在很窄的邊界層內(nèi)（主要在固體表面附近），邊界層的厚度量級(jí)為L(zhǎng)Re-*'在邊界層外，可以認(rèn)為流動(dòng)是無(wú)黏的，用歐拉（Eu-ler）方程描述。 該模型引出了氣體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)廣泛的分支，即無(wú)黏理論，或通常所說(shuō)的理想流體，本書(shū)的大部分內(nèi)容將專(zhuān)門(mén)針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行討論。 除了雷諾數(shù)，還有一個(gè)更重要的參數(shù)，馬赫數(shù)M=U/a，M能夠定性地描述氣體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的物理和數(shù)學(xué)特性。其中，a是氣體中的聲速。根據(jù)不同的馬赫數(shù)，可將氣體流動(dòng)分為亞聲速（M1）。馬赫數(shù)M=0時(shí)，表示不可壓流動(dòng)模型，而為高超聲速流動(dòng)。 前面考慮的是氣體介質(zhì)模型*基礎(chǔ)的特性，而溫度升高時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出其他的特性，即伴隨的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 冷空氣主要是雙原子氣體：氧氣（占空氣分子總數(shù)的21%）、氮?dú)猓?8%），以及少量的氬（約1%）的混合物。在相對(duì)較低的溫度下，比如，r2000K、氮分子在T>4000K時(shí)開(kāi)始分解（離解）成單原子。隨著溫度進(jìn)一步增加，開(kāi)始發(fā)生電離過(guò)程，產(chǎn)生自由電子（圖1.4）。 事實(shí)上，這些過(guò)程需要消耗大量的能量。圖1.5所示的鈍頭體流動(dòng)中，駐點(diǎn)位置的動(dòng)能在物理和化學(xué)過(guò)程中被部分消耗。顯然，分子振動(dòng)的能量相對(duì)較小，而電離和離解過(guò)程需要消耗高達(dá)75%的流動(dòng)能量。這些效應(yīng)使得很多基于完全氣體動(dòng)力學(xué)的假設(shè)不再適用。 所以，物理化學(xué)過(guò)程與氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程之間速率的比值很關(guān)鍵。如果物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程比氣體動(dòng)力過(guò)程中熱力學(xué)狀態(tài)的變化快得多，則可以認(rèn)為氣體是絕對(duì)平衡的，這種流動(dòng)稱(chēng)為平衡流。相反地，在另一個(gè)極端條件下，氣體粒子迅速離開(kāi)所關(guān)注的流動(dòng)區(qū)域，物理化學(xué)過(guò)程沒(méi)有反應(yīng)時(shí)間，因此氣體組分不會(huì)發(fā)生變化，這種流動(dòng)稱(chēng)為凍結(jié)流。 在這兩種極端條件下，僅僅用主要的熱力學(xué)參數(shù)（p，p，T，e）就足夠描述氣體的狀態(tài)方程，并通過(guò)幾個(gè)方程（狀態(tài)方程）將這些參數(shù)聯(lián)系起來(lái)。在這兩種條件下，流動(dòng)控制方程的數(shù)值特性和氣動(dòng)力特性以及問(wèn)題的公式化，與完全氣體流動(dòng)的沒(méi)有區(qū)別。 本書(shū)的主要部分就是專(zhuān)門(mén)講述這些流動(dòng)的理論，我們稱(chēng)之為平衡氣體動(dòng)力學(xué)理論。基于這套理論發(fā)展的理論規(guī)律是很普適的，所以在實(shí)際應(yīng)用中適用范圍相當(dāng)廣泛，尤其是理論的適用更廣，甚至對(duì)物理化學(xué)非平衡流動(dòng)的廣泛中間區(qū)域也是有意義的。 非平衡氣體動(dòng)力學(xué)與平衡氣體動(dòng)力學(xué)不同，需要添加一些微分方程（在某些情況下，數(shù)量可高達(dá)幾十個(gè)），導(dǎo)致物理特性和數(shù)值特性上出現(xiàn)一些新的效應(yīng)。 物體繞流的類(lèi)型取決于流動(dòng)條件。因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)過(guò)程的速率通常隨著氣體密度的增加而增加，相對(duì)低海拔（標(biāo)準(zhǔn)尺寸L～lm的物體對(duì)應(yīng)的高度H<30km）飛行的典型的流態(tài)是平衡流，而非常高的海拔（約H≥80km）出現(xiàn)凍結(jié)流。同時(shí)，黏性流動(dòng)的髙度范圍也較低。物理化學(xué)過(guò)程影響的邊界非常依賴(lài)飛行速度，如圖1.2所示。 在結(jié)束氣體流動(dòng)特性和模型的回顧之前，我們將對(duì)構(gòu)建氣體流動(dòng)模型的方法作一個(gè)重要的論述。 構(gòu)建氣體介質(zhì)的物理模型有兩種方法。**種是由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的物理規(guī)律和關(guān)系式，這種方法（將其稱(chēng)為現(xiàn)象學(xué)）需要借助經(jīng)驗(yàn)，不需要詳細(xì)了解分子水平的流體問(wèn)題，就足以建立流體和氣體動(dòng)力學(xué)理論。因此，這個(gè)方法為所有已知的手冊(cè)提供了理論依據(jù)，本書(shū)自然也不例外。

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