
【化】 non-isoentropic flow
blame; evildoing; have to; non-; not; wrong
【計】 negate; NOT; not that
【醫】 non-
【計】 isentropic flow
【化】 isentropic flow
非等熵流(Non-isentropic flow)是流體力學中描述熵值發生變化的流動過程,與理想化的等熵流動形成對比。該現象常見于存在能量耗散、熱交換或激波的真實流體系統中,其數學表達可寫為: $$ Delta s eq 0 $$ 其中$Delta s$表示單位質量的熵變。在非等熵過程中,系統總熵遵循熱力學第二定律,滿足$Delta S_{總} geq 0$。
從物理機制分析,非等熵流的形成主要包含三類誘因:① 激波傳播導緻的不可逆壓縮(參考《流體力學導論》第4章),如超音速飛行器頭部激波引發的熵增;② 粘性耗散作用(見劍橋大學工程系《可壓縮流動講義》),典型表現為邊界層内的摩擦生熱;③ 外界熱源介入(據NASA技術報告TN D-5851),例如燃燒室中的燃料化學能釋放。
工程實踐中,渦輪機械内部流動、高超音速再入大氣層、内燃機燃燒過程均涉及非等熵流分析。美國機械工程師協會(ASME)期刊《應用力學評論》指出,精确計算非等熵效應是提升航空發動機效率的關鍵(2018年第71卷)。我國《工程熱物理學報》最新研究顯示,非等熵修正模型可使激波位置預測精度提升12.6%(2024年第45卷)。
非等熵流是熱力學和流體力學中的一個概念,指系統在流動過程中熵的變化不僅由熱量交換引起,還伴隨不可逆因素(如摩擦、粘性耗散等)導緻的熵産生。以下是詳細解釋:
核心定義
非等熵流的熵變化滿足關系式:
$$
Delta S = S{text{交換}} + S{text{産生}}
$$
其中,$S{text{交換}}$是系統與外界交換熱量引起的熵流(如熱傳導),$S{text{産生}}$是内部不可逆過程(如摩擦、湍流)導緻的熵增。
與等熵流的區别
典型應用場景
在隧道空氣動力學中,列車進入隧道會引發一維非定常流動。此時,流體的動能通過摩擦轉化為熱能,同時隧道壁的徑向做功進一步增加系統熵值,導緻壓力波峰顯著升高。
關鍵影響因素
控制方程需考慮:
非等熵流更貼近真實物理過程,其研究對航空航天、高速交通等領域的氣動優化和能量損耗分析至關重要。
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