第 1章 气体的基本性质 1
1.1 气体动理论 2
1.2 压力、温度、气体状态方程 4
1.2.1 宏观的压力、温度和气体状态方程 5
1.2.2 微观的压力和温度 7
1.3 气体的内能 11
1.3.1 理想气体的内能 11
1.3.2 双原子气体的内能 12
1.4 气体分子的速度 16
1.5 气体分子的自由程 20
1.6 气体的输运现象 22
1.6.1 气体的黏性 22
1.6.2 气体的导热 25
1.6.3 气体的扩散 28
1.7 连续介质假设 28
1.8 气体的压缩性 29
1.9 不可压缩流动假设 32
1.10 重力对气体的影响 33
1.10.1 重力的效果 33
1.10.2 重力可忽略的情况 35
1.11 国际标准大气 37
重要关系式总结 39
◎习题 41
第 2章 热力学基础知识 43
2.1 热力学系统 44
2.2 热力学平衡 46
2.3 准静态过程 47
2.4 可逆过程 50
2.5 功、热、热力学第 一定律 53
2.5.1 功与热 53
2.5.2 热力学第 一定律 54
2.6 热机、熵与热力学第二定律 63
2.6.1 热机与热力学第二定律 64
2.6.2 熵与热力学第二定律 70
2.6.3 熵的进一步讨论 78
重要关系式总结 83
◎习题 85
第3章 流动的基本方程 87
3.1 流体中的力 88
3.1.1 体积力和表面力 88
3.1.2 流体内部的应力 88
3.2 流体质点的运动 90
3.2.1 拉格朗日法和欧拉法 90
3.2.2 迹线和流线 92
3.2.3 加速度和物质导数 94
3.2.4 雷诺输运定理 98
3.2.5 雷诺输运定理和物质导数的关系 99
3.3 流体微团的运动 101
3.3.1 流体微团运动的分解 101
3.3.2 线变形、角变形和旋转 104
3.4 连续方程 107
3.4.1 积分形式的连续方程 107
3.4.2 微分形式的连续方程 109
3.5 动量方程 113
3.5.1 积分形式的动量方程 113
3.5.2 微分形式的动量方程 114
3.6 角动量方程 120
3.6.1 积分形式的角动量方程 120
3.6.2 微分形式的角动量方程 121
3.7 能量方程 123
3.7.1 积分形式的能量方程 123
3.7.2 微分形式的能量方程 123
3.7.3 焓方程、熵方程、总焓方程和轴功 130
3.8 伯努利方程 133
3.9 流动方程的求解 137
3.9.1 定解条件 137
3.9.2 N-S方程组的解析解 140
重要关系式总结 143
◎习题 146
第4章 可压缩流动的基本关系式 151
4.1 绝能等熵过程 152
4.1.1 流动中总焓与熵的变化 152
4.1.2 绝能等熵过程关系式 155
4.2 多变过程 157
4.3 声速和马赫数 160
4.3.1 声速 160
4.3.2 马赫数 166
4.4 准一维流动 169
4.5 滞止参数和临界参数 172
4.5.1 滞止状态和滞止参数 173
4.5.2 临界状态和速度系数 177
4.5.3 总压恢复系数和熵增 180
4.6 气体动力学函数 181
4.6.1 总静参数函数 181
4.6.2 流量函数 182
4.6.3 冲量函数 184
4.7 气动函数的应用 187
重要关系式总结 193
◎习题 195
第5章 压力波 199
5.1 弱扰动和马赫波 200
5.1.1 弱扰动的传播 200
5.1.2 弱波和强波 202
5.2 膨胀波和弱压缩波 204
5.2.1 膨胀波的形成和特点 204
5.2.2 弱压缩波的形成和特点 205
5.2.3 膨胀波前后的气流参数关系 207
5.2.4 转折角处气流的动力学分析 214
5.3 激波 215
5.3.1 激波的波速 215
5.3.2 激波的形成 217
5.3.3 正激波前后的气流参数关系 228
5.3.4 斜激波的形成 232
5.3.5 斜激波前后的气流参数关系 233
5.3.6 激波极曲线 242
5.3.7 激波形式的讨论 245
5.3.8 正激波的焓熵图、范诺线、瑞利线 247
5.3.9 锥面激波 250
5.4 压力波的反射和相交 253
5.4.1 壁面上的反射 256
5.4.2 自由边界上的反射 258
5.4.3 膨胀波与激波的相交 260
5.4.4 膨胀波和激波的终止 266
5.4.5 激波的不规则反射和相交 268
重要关系式总结 270
◎习题 273
第6章 准一维定常管内流动 277
6.1 变截面管流 279
6.1.1 横截面积的影响 279
6.1.2 密度、流速和横截面积的关系 283
6.1.3 收缩管流 293
6.1.4 扩张管流 302
6.1.5 收-扩管流 304
6.1.6 多喉部管流 313
6.1.7 超声速进气道简介 317
6.2 摩擦管流 322
6.2.1 摩擦产生的参数变化 322
6.2.2 摩擦壅塞 331
6.2.3 范诺线 336
6.3 换热管流 337
6.3.1 换热的影响 337
6.3.2 加热壅塞 345
6.4 变流量管流 346
6.4.1 附加流量的影响 346
6.4.2 附加流量垂直于主流的情况 349
6.5 一般的一维定常管流 351
重要关系式总结 354
◎习题 356
第7章 一维非定常波 359
7.1 正激波和反射激波 361
7.1.1 运动正激波 361
7.1.2 正激波的反射 366
7.1.3 激波的x-t图 370
7.2 一维压力波基础理论 371
7.2.1 一维运动膨胀波的特点 371
7.2.2 小扰动线性化理论 372
7.2.3 有限波的特征线法 380
7.3 一维膨胀波的传播和反射 390
7.3.1 运动膨胀波 390
7.3.2 简单膨胀波的求解 394
7.3.3 反射膨胀波的求解 397
7.4 激波管流动分析 399
重要关系式总结 402
◎习题 405
第8章 简化理论和计算方法 407
8.1 速度势和势方程 408
8.1.1 无旋流动和速度势 408
8.1.2 可压缩流动的速度势方程 411
8.2 小扰动线性化理论 414
8.2.1 势方程的线性化 415
8.2.2 边界条件的线性化 417
8.2.3 压力系数的线性化 418
8.3 亚声速流动的线性化解 421
8.3.1 沿波形壁亚声速流动的解 421
8.3.2 绕薄翼型亚声速流动的相似律 427
8.4 超声速流动的线性化解 432
8.4.1 线性化通解 432
8.4.2 沿波形壁超声速流动的解 436
8.4.3 绕薄翼型的超声速流动 439
8.5 特征线法 442
8.5.1 特征线法的一般理论 442
8.5.2 一维非定常流动中的特征线法 448
8.5.3 二维无旋超声速流动中的特征线法 449
8.5.4 轴对称流场的特征线法 464
8.5.5 有旋流动的特征线法 466
8.5.6 三维流动的特征线法 467
重要关系式总结 468
◎习题 471
第9章 跨声速流动 473
9.1 跨声速流动带来的挑战 474
9.2 跨声速流动的特点 477
9.2.1 跨声速的定义和临界马赫数 477
9.2.2 激波阻力 479
9.3 跨声速流动的理论 482
9.3.1 跨声速流动的近似 482
9.3.2 跨声速流动的相似 483
9.4 跨声速飞行的实践 484
9.4.1 临界马赫数的进一步讨论 484
9.4.2 掠形机翼 486
9.4.3 超临界翼型 488
9.4.4 跨声速面积律 491
重要关系式总结 494
第 10章 高超声速流动 495
10.1 高超声速概述 496
10.1.1 高超声速飞行器现状 496
10.1.2 高超声速流动的特点 497
10.2 高超声速基本简化关系式 504
10.3 牛顿理论及其修正 505
10.4 马赫数无关原理 510
10.5 小扰动方程和相似律 513
10.6 气动加热和热障 515
10.7 平衡态高温气体动力学 517
10.7.1 正激波关系式 518
10.7.2 准一维变截面管流 520
重要关系式总结 522
第 11章 数值计算方法简介 523
11.1 方程的类型和求解方法 524
11.2 方程的离散 525
11.2.1 差分格式 525
11.2.2 差分方程 529
11.2.3 显式格式和隐式格式 530
11.2.4 误差和稳定性 532
11.2.5 耗散和色散 535
11.3 流动方程和数值格式 537
11.3.1 统一形式的流动方程 537
11.3.2 Lax-Friedrichs格式 539
11.3.3 Lax-Wendroff格式 540
11.3.4 MacCormack格式 541
11.4 计算网格 543
11.4.1 物理空间和计算空间 543
11.4.2 坐标转换和计算方程 544
11.4.3 网格的疏密 545
11.5 有限体积法 547
11.6 计算流体力学的地位 549
重要关系式总结 549
附录A 矢量和张量基础 553
A.1 概念和代数运算 553
A.1.1 矢量和张量的概念 553
A.1.2 矢量和张量的表示法 553
A.1.3 矢量和张量的运算 555
A.2 场和微积分 559
A.2.1 梯度、散度和旋度 559
A.2.2 高斯定理和斯托克斯定理 560
A.3 柱坐标关系式 561
附录B 一些关系式和计算程序 562
B.1 标准大气关系式和计算程序 562
B.2 空气的物理性质和计算程序 563
B.3 可压缩流动基本关系式和计算程序 564
B.4 拉瓦尔喷管计算程序 568
B.5 二维超声速喷管计算程序 573
B.6 超声速气流外掠平板计算程序 575
参考文献 582
