
气体动力学(Gas Dynamics)是研究可压缩流体运动规律及其与能量转换、力作用关系的交叉学科。在汉英词典中,其英文对应为“gas dynamics”,定义为“the study of the motion of gases and their interactions with forces and energy transfer”。
经典教材《气体动力学基础》(Fundamentals of Gas Dynamics)系统阐述了激波管实验、一维非定常流理论等内容;国际权威期刊《Journal of Fluid Mechanics》收录了前沿研究成果。
气体动力学是研究气体运动规律及其与物体相互作用的一门学科,属于流体力学的重要分支。它主要关注气体在高速流动(尤其是可压缩流动)中的力学行为,广泛应用于航空航天、能源工程等领域。以下从核心概念、控制方程和典型现象三个方面进行解析:
可压缩性
气体在高速流动(接近或超过声速)时,密度变化显著,必须考虑压缩性效应。例如,当马赫数(流速与声速之比)超过0.3时,密度变化不可忽略。
守恒定律
基于质量、动量和能量守恒原理,推导出描述气体流动的控制方程(如纳维-斯托克斯方程)。
连续方程
描述质量守恒:
$$frac{partial rho}{partial t} +
abla cdot (rho mathbf{v}) = 0$$
其中$rho$为密度,$mathbf{v}$为速度矢量。
动量方程(纳维-斯托克斯方程)
包含粘性效应:
$$rho left( frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot
abla mathbf{v} right) = -
abla p + mu
abla mathbf{v} + mathbf{f}$$
$p$为压强,$mu$为动力粘度,$mathbf{f}$为体积力。
能量方程
考虑热力学能量转换:
$$rho c_p left( frac{partial T}{partial t} + mathbf{v} cdot
abla T right) =
abla cdot (k
abla T) + Phi$$
$T$为温度,$k$为热导率,$Phi$为粘性耗散项。
激波(Shock Wave)
超音速气流遇到障碍时,压力、密度和温度突跃形成的间断层,例如飞机突破音障时产生的音爆。
膨胀波(Expansion Wave)
气流加速时压力连续降低的区域,常见于喷管设计。
边界层效应
粘性在物体表面附近形成的薄层流动,影响摩擦阻力和热传递。
若需进一步了解数值模拟方法(如CFD)或具体案例,可提供更具体的方向。
阿托美品暴露无遗粗酒石电表的电压电路电路内测试电子极化递送人多逻辑数据存储器感光异构物过度反射耗散功呼吸气量描记法睑眉成形术结节管缆络马口铁皮麻疹秘密件迷走副神经脑间的氢交换声调学神经性分泌作用审判令受任命的兽穴特异命题外周神经系统忘年交