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氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030730046
- 條形碼：9787030730046 ; 978-7-03-073004-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本教材擬編制9章。主要內(nèi)容包括熱力學(xué)的基本概念、熱力學(xué)**定律與能量方程、熱力過程及應(yīng)用、熱力學(xué)第二定律與熱力循環(huán)、氣體動(dòng)力學(xué)的基本概念、一維定常流的基本方程、滯止參數(shù)與氣動(dòng)函數(shù)、膨脹波與激波、一維定常變截面管流等內(nèi)容。
氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ) 目錄
目錄
叢書序
前言
第1章工程熱力學(xué)的基本概念001
1.1概述001
1.1.1熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)況002
1.1.2工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法004
1.2熱力學(xué)體系00９
1.3熱力學(xué)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)011
1.3.1熱力學(xué)狀態(tài)011
1.3.2平衡狀態(tài)011
1.3.3狀態(tài)參數(shù)012
1.4三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)013
1.4.1比容和密度013
1.4.2壓力013
1.4.3溫度015
1.5狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖016
1.5.1狀態(tài)方程016
1.5.2完全氣體狀態(tài)方程016
1.5.3狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖018
1.6熱力過程和熱力循環(huán)019
1.6.1熱力過程019
1.6.2準(zhǔn)靜態(tài)過程019
1.6.3可逆過程與不可逆過程019
1.6.4熱力循環(huán)021
1.7氣體的其他狀態(tài)參數(shù)021
1.7.1內(nèi)能021
1.7.2焓022
1.7.3熵022
1.8完全氣體的比熱容023
1.8.1比定容熱容023
1.8.2比定壓熱容024
1.8.3定壓熱容與定容熱容的關(guān)系（邁耶關(guān)系式）024
1.8.4比熱比024
習(xí)題025
第2章熱力學(xué)**定律與能量方程027
2.1熱力學(xué)**定律的實(shí)質(zhì)027
2.2閉口體系能量方程式028
2.2.1閉口體系的總能量028
2.2.2閉口體系的熱量029
2.2.3閉口體系的功029
2.2.4閉口體系能量方程式031
2.3開口體系能量方程式033
2.3.1開口體系的流量033
2.3.2開口體系的總能量034
2.3.3開口體系的熱量和功034
2.3.4開口體系的能量方程式035
2.3.5焓的物理意義036
2.3.6開口體系的技術(shù)功037
2.3.7開口體系能量方程式應(yīng)用舉例038
習(xí)題042
第3章氣體的熱力過程與應(yīng)用045
3.1完全氣體內(nèi)能、焓和熵的計(jì)算046
3.1.1完全氣體內(nèi)能變化量的計(jì)算046
3.1.2完全氣體焓變化量的計(jì)算046
3.1.3完全氣體熵變化量的計(jì)算046
3.2定容過程048
3.2.1過程方程048
3.2.2參數(shù)關(guān)系049
3.2.3熱力過程曲線049
3.2.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系049
3.3定壓過程050
3.3.1過程方程050
3.3.2參數(shù)關(guān)系051
3.3.3熱力過程曲線051
3.3.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系051
3.4定溫過程053
3.4.1過程方程053
3.4.2參數(shù)關(guān)系053
3.4.3熱力過程曲線053
3.4.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系054
3.5定熵過程055
3.5.1過程方程055
3.5.2參數(shù)關(guān)系056
3.5.3熱力過程曲線056
3.5.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系056
3.6多變過程059
3.6.1過程方程059
3.6.2參數(shù)關(guān)系059
3.6.3熱力過程曲線060
3.6.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系061
習(xí)題063
第4章熱力學(xué)第二定律與熱力循環(huán)066
4.1熱力循環(huán)的基本概念067
4.1.1熱力循環(huán)的定義與分類067
4.1.2熱力循環(huán)中的能量轉(zhuǎn)換067
4.1.3熱力循環(huán)的熱效率068
4.2熱力學(xué)第二定律的兩種表述069
4.2.1開爾文-普朗克說法069
4.2.2克勞修斯說法069
4.2.3兩種說法的等價(jià)性070
4.3卡諾循環(huán)與卡諾定理070
4.3.1卡諾循環(huán)070
4.3.2卡諾定理及其推論072
4.4多熱源循環(huán)073
4.4.1多熱源循環(huán)的概念073
4.4.2等效卡諾循環(huán)074
4.5活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)075
4.5.1發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的假設(shè)條件075
4.5.2定容加熱循環(huán)-奧托循環(huán)075
4.5.3定壓加熱循環(huán)-狄塞爾循環(huán)077
4.6噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)078
4.6.1噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程概述079
4.6.2噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)——布萊頓循環(huán)080
4.6.3布萊頓循環(huán)的熱效率081
4.6.4布萊頓循環(huán)的循環(huán)功082
4.6.5布萊頓循環(huán)參數(shù)的選擇083
習(xí)題083
第5章氣體動(dòng)力學(xué)的基本概念086
5.1連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與流體微團(tuán)086
5.1.1連續(xù)介質(zhì)的概念086
5.1.2連續(xù)介質(zhì)中的點(diǎn)和相應(yīng)參數(shù)087
5.2氣體運(yùn)動(dòng)的描述088
5.2.1氣體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述方法088
5.2.2氣體運(yùn)動(dòng)的分類089
5.2.3跡線和流線090
5.2.4氣體流動(dòng)的馬赫數(shù)091
5.3氣體的物理性質(zhì)092
5.3.1氣體的壓縮性092
5.3.2氣體的黏性093
5.3.3氣體的導(dǎo)熱性094
5.4黏性流動(dòng)的邊界層094
5.4.1雷諾數(shù)094
5.4.2邊界層的概念095
5.4.3邊界層對(duì)流動(dòng)的影響096
5.5作用于氣體上的力097
5.5.1質(zhì)量力097
5.5.2表面力097
5.6國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣098
5.6.1標(biāo)準(zhǔn)大氣的應(yīng)用范圍和用途098
5.6.2標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)的計(jì)算098
習(xí)題099
第6章一維定常流動(dòng)基本方程100
6.1連續(xù)方程100
6.1.1質(zhì)量流量與密流101
6.1.2連續(xù)方程101
6.2動(dòng)量方程103
6.2.1動(dòng)量方程的一般形式103
6.2.2外力的組成103
6.2.3控制體側(cè)壁作用力104
6.2.4沖力104
6.2.5動(dòng)量方程的應(yīng)用104
6.3能量方程110
6.3.1能量方程的常用表達(dá)式110
6.3.2能量方程的應(yīng)用110
6.4伯努利方程111
6.4.1伯努利方程的一般形式111
6.4.2伯努利方程的應(yīng)用112
習(xí)題117
第7章滯止參數(shù)與氣動(dòng)函數(shù)120
7.1聲速和馬赫數(shù)120
7.1.1聲速120
7.1.2馬赫數(shù)122
7.2滯止參數(shù)123
7.2.1滯止?fàn)顟B(tài)與滯止參數(shù)123
7.2.2滯止焓（總焓）124
7.2.3滯止溫度（總溫）124
7.2.4滯止壓力（總壓）126
7.2.5滯止密度（總密度）129
7.2.6總參數(shù)形式能量方程及應(yīng)用舉例129
7.3臨界參數(shù)和速度系數(shù)132
7.3.1臨界狀態(tài)133
7.3.2臨界參數(shù)133
7.3.3速度系數(shù)134
7.4氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)135
7.4.1無量綱靜總參數(shù)比函數(shù)135
7.4.2無量綱流量函數(shù)136
7.4.3無量綱沖力函數(shù)140
7.4.4氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)表141
7.5亞聲速氣流參數(shù)的測(cè)量原理142
7.5.1靜壓的測(cè)量142
7.5.2總壓的測(cè)量143
7.5.3溫度的測(cè)量143
7.5.4馬赫數(shù)的測(cè)量143
7.5.5流速的測(cè)量143
習(xí)題144
第8章膨脹波與激波146
8.1微弱擾動(dòng)在流場(chǎng)中的傳播146
8.1.1微弱擾動(dòng)在氣流中的傳播特點(diǎn)146
8.1.2馬赫錐與馬赫波148
8.2膨脹波149
8.2.1膨脹波的產(chǎn)生149
8.2.2膨脹波前后氣流參數(shù)關(guān)系與計(jì)算151
8.3激波154
8.3.1激波現(xiàn)象概述154
8.3.2激波的形成原理154
8.3.3激波的描述157
8.3.4正激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式158
8.3.5斜激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式161
8.3.6激波圖線及其應(yīng)用162
8.4膨脹波、激波的反射與相交168
8.4.1膨脹波在固體壁面上的反射與相交168
8.4.2激波的反射與相交170
8.4.3膨脹波、激波在自由邊界上的反射172
8.4.4膨脹波與激波的相交174
習(xí)題174
第9章一維定常變截面管流177
9.1概述177
9.1.1影響一維定常管流的主要因素177
9.1.2變截面管流的研究?jī)?nèi)容179
9.1.3定熵絕能流動(dòng)的氣流參數(shù)隨管道截面面積的變化規(guī)律179
9.2收斂形噴管的流動(dòng)181
9.2.1收斂形噴管的壓力比181
9.2.2收斂形噴管的三種工作狀態(tài)182
9.2.3收斂形噴管的壅塞狀態(tài)184
9.2.4收斂形噴管計(jì)算舉例185
9.3收斂-擴(kuò)張形噴管（拉瓦爾噴管）中的流動(dòng)187
9.3.1拉瓦爾噴管的壓力比188
9.3.2拉瓦爾噴管的三種工作狀態(tài)189
9.3.3拉瓦爾噴管工作狀態(tài)的判斷194
9.3.4拉瓦爾噴管氣流參數(shù)的計(jì)算194
9.3.5拉瓦爾噴管計(jì)算舉例196
9.4斜切口管道中的加速流動(dòng)201
9.5擴(kuò)張形管道內(nèi)的減速流動(dòng)203
9.6超聲速氣流在內(nèi)壓式擴(kuò)壓器中的減速流動(dòng)205
9.6.1內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的工作205
9.6.2內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的壅塞現(xiàn)象206
9.6.3內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的起動(dòng)方法208
習(xí)題210
參考文獻(xiàn)213
附錄A有關(guān)公式的推導(dǎo)214
A.1普朗特-邁耶流動(dòng)（膨脹波）參數(shù)關(guān)系公式的推導(dǎo)214
A.1.1普朗特-邁耶方程214
A.1.2普朗特-邁耶方程數(shù)值表（空氣，γ＝1.4）216
A.1.3普朗特-邁耶方程數(shù)值表（燃?xì)猓茫?.33）218
A.2斜激波前后氣流參數(shù)關(guān)系公式的推導(dǎo)220
A.2.1基本方程220
A.2.2朗金-雨貢紐關(guān)系式221
A.2.3普朗特關(guān)系式222
A.2.4斜激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式223
A.3一維定常管流氣流參數(shù)與管道截面積的關(guān)系公式推導(dǎo)226
附錄B明渠水流模擬超聲速流動(dòng)現(xiàn)象的原理229
B.1實(shí)驗(yàn)概述229
B.2實(shí)驗(yàn)?zāi)M的原理230
附錄C氣動(dòng)函數(shù)表與標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)值表231
C.1一維等熵氣動(dòng)函數(shù)表（空氣，γ＝1.4）231
C.2一維等熵氣動(dòng)函數(shù)表（燃?xì)猓茫?.33）238
C.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)值表244
叢書序
前言
第1章工程熱力學(xué)的基本概念001
1.1概述001
1.1.1熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)況002
1.1.2工程熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法004
1.2熱力學(xué)體系00９
1.3熱力學(xué)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)011
1.3.1熱力學(xué)狀態(tài)011
1.3.2平衡狀態(tài)011
1.3.3狀態(tài)參數(shù)012
1.4三個(gè)基本狀態(tài)參數(shù)013
1.4.1比容和密度013
1.4.2壓力013
1.4.3溫度015
1.5狀態(tài)方程和狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖016
1.5.1狀態(tài)方程016
1.5.2完全氣體狀態(tài)方程016
1.5.3狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖018
1.6熱力過程和熱力循環(huán)019
1.6.1熱力過程019
1.6.2準(zhǔn)靜態(tài)過程019
1.6.3可逆過程與不可逆過程019
1.6.4熱力循環(huán)021
1.7氣體的其他狀態(tài)參數(shù)021
1.7.1內(nèi)能021
1.7.2焓022
1.7.3熵022
1.8完全氣體的比熱容023
1.8.1比定容熱容023
1.8.2比定壓熱容024
1.8.3定壓熱容與定容熱容的關(guān)系（邁耶關(guān)系式）024
1.8.4比熱比024
習(xí)題025
第2章熱力學(xué)**定律與能量方程027
2.1熱力學(xué)**定律的實(shí)質(zhì)027
2.2閉口體系能量方程式028
2.2.1閉口體系的總能量028
2.2.2閉口體系的熱量029
2.2.3閉口體系的功029
2.2.4閉口體系能量方程式031
2.3開口體系能量方程式033
2.3.1開口體系的流量033
2.3.2開口體系的總能量034
2.3.3開口體系的熱量和功034
2.3.4開口體系的能量方程式035
2.3.5焓的物理意義036
2.3.6開口體系的技術(shù)功037
2.3.7開口體系能量方程式應(yīng)用舉例038
習(xí)題042
第3章氣體的熱力過程與應(yīng)用045
3.1完全氣體內(nèi)能、焓和熵的計(jì)算046
3.1.1完全氣體內(nèi)能變化量的計(jì)算046
3.1.2完全氣體焓變化量的計(jì)算046
3.1.3完全氣體熵變化量的計(jì)算046
3.2定容過程048
3.2.1過程方程048
3.2.2參數(shù)關(guān)系049
3.2.3熱力過程曲線049
3.2.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系049
3.3定壓過程050
3.3.1過程方程050
3.3.2參數(shù)關(guān)系051
3.3.3熱力過程曲線051
3.3.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系051
3.4定溫過程053
3.4.1過程方程053
3.4.2參數(shù)關(guān)系053
3.4.3熱力過程曲線053
3.4.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系054
3.5定熵過程055
3.5.1過程方程055
3.5.2參數(shù)關(guān)系056
3.5.3熱力過程曲線056
3.5.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系056
3.6多變過程059
3.6.1過程方程059
3.6.2參數(shù)關(guān)系059
3.6.3熱力過程曲線060
3.6.4能量轉(zhuǎn)化關(guān)系061
習(xí)題063
第4章熱力學(xué)第二定律與熱力循環(huán)066
4.1熱力循環(huán)的基本概念067
4.1.1熱力循環(huán)的定義與分類067
4.1.2熱力循環(huán)中的能量轉(zhuǎn)換067
4.1.3熱力循環(huán)的熱效率068
4.2熱力學(xué)第二定律的兩種表述069
4.2.1開爾文-普朗克說法069
4.2.2克勞修斯說法069
4.2.3兩種說法的等價(jià)性070
4.3卡諾循環(huán)與卡諾定理070
4.3.1卡諾循環(huán)070
4.3.2卡諾定理及其推論072
4.4多熱源循環(huán)073
4.4.1多熱源循環(huán)的概念073
4.4.2等效卡諾循環(huán)074
4.5活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)075
4.5.1發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)的假設(shè)條件075
4.5.2定容加熱循環(huán)-奧托循環(huán)075
4.5.3定壓加熱循環(huán)-狄塞爾循環(huán)077
4.6噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)078
4.6.1噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程概述079
4.6.2噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)——布萊頓循環(huán)080
4.6.3布萊頓循環(huán)的熱效率081
4.6.4布萊頓循環(huán)的循環(huán)功082
4.6.5布萊頓循環(huán)參數(shù)的選擇083
習(xí)題083
第5章氣體動(dòng)力學(xué)的基本概念086
5.1連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與流體微團(tuán)086
5.1.1連續(xù)介質(zhì)的概念086
5.1.2連續(xù)介質(zhì)中的點(diǎn)和相應(yīng)參數(shù)087
5.2氣體運(yùn)動(dòng)的描述088
5.2.1氣體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述方法088
5.2.2氣體運(yùn)動(dòng)的分類089
5.2.3跡線和流線090
5.2.4氣體流動(dòng)的馬赫數(shù)091
5.3氣體的物理性質(zhì)092
5.3.1氣體的壓縮性092
5.3.2氣體的黏性093
5.3.3氣體的導(dǎo)熱性094
5.4黏性流動(dòng)的邊界層094
5.4.1雷諾數(shù)094
5.4.2邊界層的概念095
5.4.3邊界層對(duì)流動(dòng)的影響096
5.5作用于氣體上的力097
5.5.1質(zhì)量力097
5.5.2表面力097
5.6國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣098
5.6.1標(biāo)準(zhǔn)大氣的應(yīng)用范圍和用途098
5.6.2標(biāo)準(zhǔn)大氣參數(shù)的計(jì)算098
習(xí)題099
第6章一維定常流動(dòng)基本方程100
6.1連續(xù)方程100
6.1.1質(zhì)量流量與密流101
6.1.2連續(xù)方程101
6.2動(dòng)量方程103
6.2.1動(dòng)量方程的一般形式103
6.2.2外力的組成103
6.2.3控制體側(cè)壁作用力104
6.2.4沖力104
6.2.5動(dòng)量方程的應(yīng)用104
6.3能量方程110
6.3.1能量方程的常用表達(dá)式110
6.3.2能量方程的應(yīng)用110
6.4伯努利方程111
6.4.1伯努利方程的一般形式111
6.4.2伯努利方程的應(yīng)用112
習(xí)題117
第7章滯止參數(shù)與氣動(dòng)函數(shù)120
7.1聲速和馬赫數(shù)120
7.1.1聲速120
7.1.2馬赫數(shù)122
7.2滯止參數(shù)123
7.2.1滯止?fàn)顟B(tài)與滯止參數(shù)123
7.2.2滯止焓（總焓）124
7.2.3滯止溫度（總溫）124
7.2.4滯止壓力（總壓）126
7.2.5滯止密度（總密度）129
7.2.6總參數(shù)形式能量方程及應(yīng)用舉例129
7.3臨界參數(shù)和速度系數(shù)132
7.3.1臨界狀態(tài)133
7.3.2臨界參數(shù)133
7.3.3速度系數(shù)134
7.4氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)135
7.4.1無量綱靜總參數(shù)比函數(shù)135
7.4.2無量綱流量函數(shù)136
7.4.3無量綱沖力函數(shù)140
7.4.4氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)表141
7.5亞聲速氣流參數(shù)的測(cè)量原理142
7.5.1靜壓的測(cè)量142
7.5.2總壓的測(cè)量143
7.5.3溫度的測(cè)量143
7.5.4馬赫數(shù)的測(cè)量143
7.5.5流速的測(cè)量143
習(xí)題144
第8章膨脹波與激波146
8.1微弱擾動(dòng)在流場(chǎng)中的傳播146
8.1.1微弱擾動(dòng)在氣流中的傳播特點(diǎn)146
8.1.2馬赫錐與馬赫波148
8.2膨脹波149
8.2.1膨脹波的產(chǎn)生149
8.2.2膨脹波前后氣流參數(shù)關(guān)系與計(jì)算151
8.3激波154
8.3.1激波現(xiàn)象概述154
8.3.2激波的形成原理154
8.3.3激波的描述157
8.3.4正激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式158
8.3.5斜激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式161
8.3.6激波圖線及其應(yīng)用162
8.4膨脹波、激波的反射與相交168
8.4.1膨脹波在固體壁面上的反射與相交168
8.4.2激波的反射與相交170
8.4.3膨脹波、激波在自由邊界上的反射172
8.4.4膨脹波與激波的相交174
習(xí)題174
第9章一維定常變截面管流177
9.1概述177
9.1.1影響一維定常管流的主要因素177
9.1.2變截面管流的研究?jī)?nèi)容179
9.1.3定熵絕能流動(dòng)的氣流參數(shù)隨管道截面面積的變化規(guī)律179
9.2收斂形噴管的流動(dòng)181
9.2.1收斂形噴管的壓力比181
9.2.2收斂形噴管的三種工作狀態(tài)182
9.2.3收斂形噴管的壅塞狀態(tài)184
9.2.4收斂形噴管計(jì)算舉例185
9.3收斂-擴(kuò)張形噴管（拉瓦爾噴管）中的流動(dòng)187
9.3.1拉瓦爾噴管的壓力比188
9.3.2拉瓦爾噴管的三種工作狀態(tài)189
9.3.3拉瓦爾噴管工作狀態(tài)的判斷194
9.3.4拉瓦爾噴管氣流參數(shù)的計(jì)算194
9.3.5拉瓦爾噴管計(jì)算舉例196
9.4斜切口管道中的加速流動(dòng)201
9.5擴(kuò)張形管道內(nèi)的減速流動(dòng)203
9.6超聲速氣流在內(nèi)壓式擴(kuò)壓器中的減速流動(dòng)205
9.6.1內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的工作205
9.6.2內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的壅塞現(xiàn)象206
9.6.3內(nèi)壓式擴(kuò)壓器的起動(dòng)方法208
習(xí)題210
參考文獻(xiàn)213
附錄A有關(guān)公式的推導(dǎo)214
A.1普朗特-邁耶流動(dòng)（膨脹波）參數(shù)關(guān)系公式的推導(dǎo)214
A.1.1普朗特-邁耶方程214
A.1.2普朗特-邁耶方程數(shù)值表（空氣，γ＝1.4）216
A.1.3普朗特-邁耶方程數(shù)值表（燃?xì)猓茫?.33）218
A.2斜激波前后氣流參數(shù)關(guān)系公式的推導(dǎo)220
A.2.1基本方程220
A.2.2朗金-雨貢紐關(guān)系式221
A.2.3普朗特關(guān)系式222
A.2.4斜激波前后氣流參數(shù)的關(guān)系式223
A.3一維定常管流氣流參數(shù)與管道截面積的關(guān)系公式推導(dǎo)226
附錄B明渠水流模擬超聲速流動(dòng)現(xiàn)象的原理229
B.1實(shí)驗(yàn)概述229
B.2實(shí)驗(yàn)?zāi)M的原理230
附錄C氣動(dòng)函數(shù)表與標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)值表231
C.1一維等熵氣動(dòng)函數(shù)表（空氣，γ＝1.4）231
C.2一維等熵氣動(dòng)函數(shù)表（燃?xì)猓茫?.33）238
C.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣數(shù)值表244
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氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ) 節(jié)選
第1章工程熱力學(xué)的基本概念 本章介紹工程熱力學(xué)的有關(guān)基本概念，主要包括熱力學(xué)體系、熱力學(xué)狀態(tài)與狀態(tài)參數(shù)、基本狀態(tài)參數(shù)、完全氣體狀態(tài)方程、熱力過程和熱力循環(huán)的概念、內(nèi)能、焓和熵的概念、完全氣體的比熱容等。 學(xué)習(xí)要點(diǎn)： （1）理解熱力學(xué)體系的定義，掌握描述氣體狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)； （2）掌握完全氣體狀態(tài)方程，會(huì)用狀態(tài)方程建模求解問題； （3）理解可逆過程的含義，掌握內(nèi)能、焓和熵的定義。 1.1概述 人類對(duì)自然界能源的利用，促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求不斷地增長(zhǎng)，合理利用能源的水平也在不斷地提高。如今，能源開發(fā)利用的程度及水平，已經(jīng)成為衡量社會(huì)物質(zhì)文明和科技進(jìn)步的重要標(biāo)志。 能量是人類一切活動(dòng)的基礎(chǔ)，人類一刻也離不開能量。能量也是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量，由于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形式不同，能量有不同形式。例如，宏觀物體包括流體定向流動(dòng)所具有的機(jī)械能，分子運(yùn)動(dòng)所具有的熱能，自由電子有序定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電能，約束在分子內(nèi)形成化學(xué)鍵的電子運(yùn)動(dòng)的化學(xué)能，等等。自然界中可大量產(chǎn)生動(dòng)力的能源有風(fēng)能、水能、太陽能、地?zé)崮堋⑷剂匣瘜W(xué)能、原子能等。目前利用得*多的仍是燃料（石油、煤、天然氣等）的化學(xué)能，而這些化學(xué)能一般是要通過熱能才能轉(zhuǎn)化為其他形式的能來利用，而各種形式的能在利用之后都要轉(zhuǎn)為熱能，所以熱能是能源利用的基礎(chǔ)和歸宿。 在上述各種能源中，除風(fēng)能和水能可以直接向人們提供機(jī)械能外，其他的各種能源往往只能直接或間接地提供熱能。機(jī)械能是工程中應(yīng)用*多的能量形式，絕大多數(shù)的能量*終都體現(xiàn)到機(jī)械能上，如機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)、汽車前進(jìn)、飛機(jī)與火箭飛行等都是依賴于機(jī)械運(yùn)動(dòng)。人們雖可以直接利用熱能為生產(chǎn)和生活服務(wù)，但熱能卻更多作為大多數(shù)能量轉(zhuǎn)換都必須經(jīng)過的環(huán)節(jié)，更大量的還是通過熱力機(jī)械裝置（簡(jiǎn)稱為熱機(jī)）使這些熱能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，比如汽車前進(jìn)、飛機(jī)與火箭飛行等的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都是通過發(fā)動(dòng)機(jī)由燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換來的。此外，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)雖然可以用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，但大多數(shù)電能也是通過火力發(fā)電即熱能這個(gè)環(huán)節(jié)的，只有很小比例的電能可以不通過熱能得到，如水力發(fā)電、太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電、潮汐能發(fā)電等。因此，對(duì)熱能的性質(zhì)及其轉(zhuǎn)換規(guī)律開展研究，具有十分重要的意義。 1.1.1熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)況 為了掌握熱能與其他形式能量相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，使熱能轉(zhuǎn)化機(jī)械能及電能的效率更高，誕生了熱力學(xué)。因此，熱力學(xué)的基本任務(wù)是研究能量轉(zhuǎn)換以及與轉(zhuǎn)換有關(guān)的熱物性之間的相互關(guān)系。從人類對(duì)自然的認(rèn)知來看，人們對(duì)自然法則、客觀規(guī)律以及事物屬性的認(rèn)識(shí)能力和水平，都受到一定的歷史條件的影響和制約，是隨著生產(chǎn)力提高、科技進(jìn)步及社會(huì)發(fā)展而發(fā)展的。同樣，人們對(duì)熱的本質(zhì)及現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，也經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的、曲折的探索過程。 1. 對(duì)熱的認(rèn)識(shí) 在古代，人們就知道熱與冷的差別，能夠利用摩擦生熱、燃燒、傳熱、爆炸等熱現(xiàn)象，來達(dá)到一定的目的。例如，中國(guó)古代燧人氏的鉆木取火、煉丹術(shù)和煉金術(shù)、火藥的發(fā)明，以及早期的爆竹、走馬燈等。又如，在古希臘就有“火、土、水、氣組成世界”的四元素學(xué)說，這與我國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期提出“水、火、金、木、土為萬物之本”的五行學(xué)說是類似的。18世紀(jì)以前，這類“熱質(zhì)說”，即認(rèn)為熱也是一種物質(zhì)組成元素的說法，是占據(jù)主導(dǎo)地位的。與之相對(duì)立，當(dāng)時(shí)在古希臘也存在著另一種根據(jù)摩擦生熱的現(xiàn)象而提出來的學(xué)說，即熱的運(yùn)動(dòng)說或能量說。它認(rèn)為火是一種運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，但這一學(xué)說被埋沒了約二千年之久，到17世紀(jì)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)科學(xué)開始發(fā)展后，得到了一些哲學(xué)家和科學(xué)家的支持，例如培根（Francis Bacon，1561～1626）就根據(jù)摩擦生熱現(xiàn)象認(rèn)為熱是物體微小粒子的運(yùn)動(dòng)。因當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展落后，這兩個(gè)學(xué)說到底哪一個(gè)是正確的，暫時(shí)還不能作出論斷。總的來說，人們對(duì)熱現(xiàn)象的重視由來已久，但因當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力的低下，這一時(shí)期人們對(duì)熱現(xiàn)象還沒有任何實(shí)質(zhì)性的解釋。 溫度的定量測(cè)定，對(duì)于熱現(xiàn)象的研究是至關(guān)重要的。在17世紀(jì)，雖然有些科學(xué)家對(duì)溫度的測(cè)定及溫標(biāo)的建立，做出了不同程度的貢獻(xiàn)，提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。但是，由于沒有共同的測(cè)溫基準(zhǔn)，沒有一致的分度規(guī)則，缺乏測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫特性資料，以及沒有正確的理論指導(dǎo)，因此，在整個(gè)17世紀(jì)中，并沒有制作出復(fù)現(xiàn)性好、可供正確測(cè)量的溫度計(jì)及溫標(biāo)。在18世紀(jì)，“測(cè)溫學(xué)”有較大的突破。其中*有價(jià)值的是，1714年華倫海特（Gabriel Daniel Farenheit，1686～1736）所建立的華氏溫標(biāo)，以及1742年攝爾修斯（Antlers Celsius，1701～1744）所建立的攝氏溫標(biāo)（即百分溫標(biāo)）。18世紀(jì)，勃拉克借助于溫度計(jì)的使用，把熱量和溫度這兩個(gè)基本概念做出明確的區(qū)分。但是上述工作并沒有解決熱的本質(zhì)是什么的疑問。隨著熱學(xué)的發(fā)展，人們開始提出熱的本質(zhì)是什么。關(guān)于這個(gè)問題，歷來有兩種不同的觀點(diǎn)。 一種是熱的物質(zhì)說，另一種是熱的運(yùn)動(dòng)說。主張熱的運(yùn)動(dòng)說的人認(rèn)為，熱是物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)；主張熱質(zhì)說的人則認(rèn)為，熱是一種特殊形態(tài)的沒有重量的“物質(zhì)”，當(dāng)熱質(zhì)進(jìn)入物質(zhì)后物體會(huì)變熱。當(dāng)時(shí)人們對(duì)自然的認(rèn)識(shí)還是“實(shí)物粒子”的圖景，因此熱質(zhì)說很容易被人們接受。 俄國(guó)的羅蒙諾索夫（1711～1765）在1744～1747年間討論冷熱原因的論文中，比較詳細(xì)地闡述了熱的運(yùn)動(dòng)學(xué)說，認(rèn)為熱是分子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。1798年，拉姆福德（Count Rumford，原名Benjamin Thompson，1753～1814）通過著名的炮筒鏜孔摩擦生熱的實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接駁斥了“熱質(zhì)說”。同年他發(fā)表了一篇論文，說明制造槍炮時(shí)能不斷地產(chǎn)生溫度很高的切削碎片，表明熱能夠不斷地產(chǎn)生出來，或者說熱可以從機(jī)械能轉(zhuǎn)化得到。他還把金屬浸在水中鉆孔，機(jī)械摩擦產(chǎn)生的熱可以使水沸騰。因此他認(rèn)為熱不可能是一種熱質(zhì)而只能是一種運(yùn)動(dòng)。1799年，戴維（Humphrey Davy，1778～1829）進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)支持熱的運(yùn)動(dòng)說。他的冰塊摩擦融化實(shí)驗(yàn)無法用熱質(zhì)說進(jìn)行解釋，從而有力地批駁了熱質(zhì)說。 熱運(yùn)動(dòng)說和熱質(zhì)說這兩種觀點(diǎn)經(jīng)歷了相互更替的曲折的歷史演變，熱究竟是在各個(gè)物體之間流動(dòng)的一種不可摧毀的物質(zhì)，還是微觀運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式。直到19世紀(jì)中葉，焦耳計(jì)算出熱功當(dāng)量的數(shù)值并公布了他的研究結(jié)果，此時(shí)能量守恒定律才得以真正確立。相應(yīng)地，熱質(zhì)說也就完全退出了科學(xué)的歷史舞臺(tái)。這時(shí)關(guān)于熱的本質(zhì)才得出了明確的具體的結(jié)論： 熱是微觀運(yùn)動(dòng)和能量的一種表現(xiàn)形式，并且和能量的其他形式之間可以相互轉(zhuǎn)化。 2. 熱力學(xué)基本定律的建立 早在1842年初，格羅夫（William Robert Grove，1811～1896）就已經(jīng)從基本的自然現(xiàn)象及其相互作用中，清楚地認(rèn)識(shí)到它們之間轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系，并獨(dú)立提出存在“當(dāng)量”關(guān)系。只是他預(yù)見到建立當(dāng)量關(guān)系在實(shí)驗(yàn)上存在的巨大困難，因此他并未找出其定量的數(shù)值。丹麥工程師科爾丁（Ludwig August Colding，1815～1888）受到奧斯特的電轉(zhuǎn)化為磁實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，對(duì)機(jī)械功與熱的相互轉(zhuǎn)化問題進(jìn)行測(cè)量與計(jì)算。1843年他向哥本哈根科學(xué)院提交了一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，闡述了他的能量轉(zhuǎn)化守恒思想，并演示了測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)。他的能量守恒思想比起同時(shí)代的其他研究者來說，帶有幻想色彩。 上面提到的這些能量守恒定律的早期探索者大多是由于主客觀條件的限制，從各種基本自然現(xiàn)象及其相互關(guān)系的定性觀察和思考中，發(fā)展了能量守恒思想。他們之中，也曾有人做過個(gè)別的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，有的則是運(yùn)用已有的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行推理和計(jì)算，但都沒有得出比較明確的具體的結(jié)果，只能說是各自孤立地做過一些有益的嘗試與探索。因此，他們的工作可以說是對(duì)于能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)鋪墊道路。對(duì)于能量守恒定律做出關(guān)鍵性貢獻(xiàn)的人是邁爾與焦耳。 邁爾（Julius Robert Mayer，1814～1878）首次發(fā)表論文闡述了能量守恒定律的內(nèi)容，他的論文的主導(dǎo)思想是： 果必有因，因必有果，因與果是等當(dāng)?shù)摹５撬恼撐漠?dāng)時(shí)并沒有引起物理學(xué)界的重視。能量守恒定律得到物理學(xué)界公認(rèn)是在焦耳（James Prescott Joule，1818～1889）的實(shí)驗(yàn)工作發(fā)表以后。焦耳在證明熱功當(dāng)量的工作過程中，做過多種實(shí)驗(yàn)。他的各種精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，給予能量轉(zhuǎn)化和守恒定律以無可辯駁的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這個(gè)時(shí)候可以認(rèn)為熱力學(xué)**定律已經(jīng)完全建立了。但是，關(guān)于熱力學(xué)**定律的解析式，是1850年由克勞修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822～1888）給出的，由此建立了熱量、功和內(nèi)能之間的關(guān)系式。 18世紀(jì)下半葉，瓦特（James Watt，1736～1819）改進(jìn)了蒸汽機(jī)，推進(jìn)蒸汽機(jī)為代表的熱機(jī)在工業(yè)上廣泛使用，促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了整個(gè)歐洲的工業(yè)革命。工業(yè)界對(duì)熱機(jī)效率改進(jìn)的追求也浮出水面。在這種大背景下，研究熱機(jī)*大效率的工作已經(jīng)顯得十分必要了。1824年，卡諾（Sadi Carnot，1796～1832）發(fā)表了他一生中唯一的一篇不朽的著作《關(guān)于熱動(dòng)力以及熱動(dòng)力機(jī)的考察》，系統(tǒng)地探討了熱機(jī)工作的本質(zhì)，在理論上闡明了提高熱機(jī)效率的根本途徑，提出了卡諾定理。指出了熱功轉(zhuǎn)換的條件及熱效率的*高理論限度，為熱力學(xué)第二定律的建立奠定了基礎(chǔ)。 卡諾去世后第二年，克拉珀龍（B. P. E. Clapeyron，1799～1864）發(fā)現(xiàn)并閱讀了卡諾的著作，認(rèn)識(shí)到這一工作的重要性。1834年克拉珀龍發(fā)表了《關(guān)于熱動(dòng)力備忘錄》，轉(zhuǎn)述并總結(jié)了卡諾的主要工作，并對(duì)卡諾循環(huán)進(jìn)行了描述。克拉珀龍的工作后來被開爾文（Lord Kelvin，原名William Thomson， 1824～1907）加以發(fā)展。1850年克勞修斯在克拉珀龍和開爾文工作的基礎(chǔ)上，把卡諾循環(huán)推廣到任意循環(huán)過程，并建立了克勞修斯不等式，提出了熵的概念。克勞修斯和開爾文分別在1850年和1851年發(fā)表了各自對(duì)熱力學(xué)第二定律的表述，至此，熱力學(xué)第二定律已經(jīng)基本建立了。熱力學(xué)**定律和熱力學(xué)第二定律奠定了熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)。 3. 熱力學(xué)的研究方法 從發(fā)展歷史也可以看出，熱力學(xué)是眾多科學(xué)家、學(xué)者智慧的結(jié)晶，是熱現(xiàn)象的宏觀理論。它把物質(zhì)看作連續(xù)體，以宏觀的物理量來描述大量粒子的群體行為，并用宏觀的唯象方法進(jìn)行研究。熱力學(xué)的基礎(chǔ)是由大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)總結(jié)出來的基本定律，并用嚴(yán)密的邏輯推理及數(shù)學(xué)論證的方法進(jìn)一步演繹出熱力學(xué)的一系列重要結(jié)論。因此，熱力學(xué)理論具有高度的普遍性和可靠性。一方面，其普遍性在于對(duì)任何物質(zhì)系統(tǒng)都適用，不論是氣體、液體、固體乃至于輻射場(chǎng)，也不論物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)如何，它的宏觀熱性質(zhì)都遵守?zé)崃W(xué)的規(guī)律，都可用熱力學(xué)的方法進(jìn)行研究。另一方面，其可靠性表現(xiàn)在它所得出的結(jié)果都能與實(shí)驗(yàn)相符。 然而，由于不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)情況，熱力學(xué)理論也有一定的局限性，主要體現(xiàn)為兩個(gè)方面。一是對(duì)具體物質(zhì)的某些特性不能提供其理論，例如，并不能從熱力學(xué)理論導(dǎo)出物質(zhì)的物態(tài)方程，也不能導(dǎo)出物質(zhì)的比熱容公式，而是只能由實(shí)驗(yàn)來確定，因此對(duì)這些性質(zhì)的本質(zhì)不能做出深刻的闡述。二是由于物質(zhì)的宏觀性質(zhì)是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的平均性質(zhì)，所以對(duì)于漲落現(xiàn)象及其規(guī)律就完全無能為力。 因此，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)或統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在19世紀(jì)末從氣體動(dòng)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，其中特別是玻爾茲曼（Ludwig Edward Boltzmann，1844～1906）和吉布斯（Josiah Willard Gibbs，1839～1903）的努力促進(jìn)了這一發(fā)展。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，根據(jù)有關(guān)物質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的基本假設(shè)，利用量子力學(xué)關(guān)于微粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有關(guān)結(jié)論以及統(tǒng)計(jì)力學(xué)的分析方法，來研究物質(zhì)的熱力性質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換的客觀規(guī)律。由于統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，它可以說明宏觀物理量的微觀機(jī)理，也能夠說明熱力學(xué)基本定律及宏觀熱力現(xiàn)象的物理本質(zhì)。但是，由于對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的假設(shè)條件的近似性，使統(tǒng)計(jì)熱
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