固體火箭發動機氣體動力學（第2版）

《固體火箭發動機氣體動力學（第2版）》是2016年4月北京航空航天大學出版社出版的圖書，作者是武曉松、陳軍、王棟。

基本介紹

• 書名：固體火箭發動機氣體動力學（第2版）
• 作者：武曉松、陳軍、王棟
• 出版社：北京航空航天大學出版社
• 出版時間：2016年4月
• 定價：35 元
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝
• ISBN：9787512420410

內容簡介

本書主要介紹可壓縮流體流動的基本理論和套用。內容包括氣體動力學的基本知識，氣體動力學控制方程組，一維定常流動基礎，固體火箭發動機中的一維定常流動，激波、膨脹波與燃燒波以及固體火箭發動機中的複雜流動等。書中適當增加了有關工程熱力學的基本知識，並在講述一般定常管流知識的基礎上，充分考慮固體火箭發動機工作過程的特點，擴充了與固體火箭發動機密切相關的內容。

本書可與固體火箭發動機原理？教材配套使用，作為高等院校火箭武器和固體火箭發動機專業的教材，也可作為相關專業或工程技術人員的參考書。

圖書目錄

第1章　氣體動力學基本知識…………………………………………………………………… 1

1．1　氣體的連續介質假設………………………………………………………………… 1

1．1．1　連續介質假設…………………………………………………………………… 1

1．1．2　連續介質的密度………………………………………………………………… 4

1．1．3　連續介質的速度………………………………………………………………… 4

1．2　氣體的基本性質……………………………………………………………………… 5

1．2．1　氣體的密度、壓強和溫度………………………………………………………… 5

1．2．2　氣體的輸運性質………………………………………………………………… 6

1．3　熱力學基本概念與基本知識………………………………………………………… 9

1．3．1　平衡狀態、狀態參數與簡單熱力學系統………………………………………… 9

1．3．2　可逆過程與不可逆過程………………………………………………………… 10

1．3．3　功與熱量………………………………………………………………………… 11

1．3．4　系統的內能與儲能……………………………………………………………… 12

1．3．5　熱力學第一定律………………………………………………………………… 13

1．3．6　流動功與焓……………………………………………………………………… 14

1．3．7　比熱容與比熱比………………………………………………………………… 14

1．3．8　熱力學第二定律與熵…………………………………………………………… 15

1．4　理想氣體的熱力學性質……………………………………………………………… 17

1．4．1　熱狀態方程……………………………………………………………………… 17

1．4．2　量熱狀態方程…………………………………………………………………… 18

1．4．3　理想氣體的比熱容關係式……………………………………………………… 18

1．4．4　理想氣體的焓…………………………………………………………………… 19

1．4．5　理想氣體的等熵過程方程……………………………………………………… 19

1．4．6　常見氣體的熱力學性質………………………………………………………… 20

1．5　氣體動力學的基本概念……………………………………………………………… 20

1．5．1　體系與控制體…………………………………………………………………… 20

1．5．2　研究流體流動的拉格朗日方法………………………………………………… 21

1．5．3　研究流體流動的歐拉方法……………………………………………………… 22

1．5．4　物質導數………………………………………………………………………… 23

1．5．5　流體運動的分類………………………………………………………………… 24

1．5．6　跡線、流線與流管……………………………………………………………… 25

1．5．7　廣延量與強度量………………………………………………………………… 28

1．5．8　作用在流體上的外力…………………………………………………………… 29

1．5．9　氣體中的擾動…………………………………………………………………… 29

1．5．10　絕對坐標系與相對坐標系…………………………………………………… 30

習　題……………………………………………………………………………………… 31

第2章　氣體動力學控制方程組……………………………………………………………… 32

2．1　拉格朗日方法與歐拉方法的關係…………………………………………………… 32

2．1．1　體系與控制體的選取…………………………………………………………… 32

2．1．2　時間變化率之間的關係………………………………………………………… 32

2．1．3　時間變化率的積分形式………………………………………………………… 33

2．1．4　時間變化率的微分形式………………………………………………………… 35

2．2　連續方程……………………………………………………………………………… 36

2．2．1　連續方程的積分形式…………………………………………………………… 36

2．2．2　連續方程的微分形式…………………………………………………………… 36

2．2．3　定常流動的連續方程…………………………………………………………… 36

2．3　動量方程……………………………………………………………………………… 37

2．3．1　動量方程的矢量積分形式……………………………………………………… 38

2．3．2　動量方程的分量積分形式……………………………………………………… 38

2．3．3　動量方程的微分形式…………………………………………………………… 38

2．4　能量方程……………………………………………………………………………… 41

2．4．1　能量方程的積分形式…………………………………………………………… 42

2．4．2　能量方程的微分形式…………………………………………………………… 43

2．5　熵方程………………………………………………………………………………… 44

習　題……………………………………………………………………………………… 45

第3章　一維定常流動基礎…………………………………………………………………… 47

3．1　引　言………………………………………………………………………………… 47

3．1．1　流動定常假設…………………………………………………………………… 47

3．1．2　一維流動假設…………………………………………………………………… 47

3．2　一維定常流動的控制方程組………………………………………………………… 50

3．2．1　連續方程………………………………………………………………………… 50

3．2．2　動量方程………………………………………………………………………… 51

3．2．3　能量方程………………………………………………………………………… 55

3．2．4　熵方程…………………………………………………………………………… 57

3．3　聲速與馬赫數………………………………………………………………………… 59

3．3．1　聲速公式………………………………………………………………………… 60

3．3．2　馬赫數…………………………………………………………………………… 61

3．3．3　小壓強擾動在可壓縮流體中的傳播…………………………………………… 61

3．4　理想氣體一維定常流的控制方程組………………………………………………… 63

3．4．1　理想氣體一維定常流的連續方程……………………………………………… 63

3．4．2　理想氣體一維定常流的動量方程……………………………………………… 64

3．4．3　理想氣體一維定常絕熱流的能量方程………………………………………… 64

3．5　流動的滯止狀態……………………………………………………………………… 65

3．5．1　滯止狀態的定義………………………………………………………………… 65

3．5．2　滯止焓(或總焓)………………………………………………………………… 66

3．5．3　滯止溫度(或總溫)與滯止聲速………………………………………………… 66

3．5．4　滯止壓強(或總壓)與滯止密度………………………………………………… 67

3．5．5　用滯止參數表示的連續方程…………………………………………………… 68

3．5．6　用滯止參數表示的熵增………………………………………………………… 69

3．5．7　流體的可壓縮性………………………………………………………………… 70

3．6　最大等熵膨脹狀態和臨界狀態……………………………………………………… 71

3．6．1　最大等熵膨脹狀態……………………………………………………………… 71

3．6．2　臨界狀態………………………………………………………………………… 72

3．7　速度係數與氣體動力學函式………………………………………………………… 77

3．7．1　速度係數………………………………………………………………………… 77

3．7．2　氣體動力學函式………………………………………………………………… 79

習　題……………………………………………………………………………………… 80

第4章　固體火箭發動機中的一維定常流動………………………………………………… 82

4．1　變截面一維定常等熵流動…………………………………………………………… 82

4．1．1　變截面一維定常等熵流動的控制方程組……………………………………… 82

4．1．2　截面積變化對流動特性的影響………………………………………………… 83

4．1．3　變截面一維定常等熵流動的極限狀態———壅塞狀態及臨界截面…………… 86

4．1．4　變截面一維定常等熵流動的計算……………………………………………… 89

4．1．5　先收斂後擴張的管道———拉瓦爾噴管………………………………………… 90

4．1．6　外界反壓對拉瓦爾噴管流動的影響———力學條件…………………………… 92

4．1．7　拉瓦爾噴管的性能參數計算…………………………………………………… 94

4．2　有摩擦的一維定常絕熱流動………………………………………………………… 98

4．2．1　簡單摩擦管流的控制方程組…………………………………………………… 98

4．2．2　簡單摩擦管流中任意截面上的參數變化……………………………………… 98

4．2．3　摩擦對流動參數的影響……………………………………………………… 100

4．2．4　簡單摩擦管流的極限狀態———摩擦壅塞…………………………………… 101

4．2．5　簡單摩擦管流臨界管長L？ 的確定………………………………………… 103

4．2．6　固體火箭發動機長尾管內的流動…………………………………………… 104

4．2．7　摩擦係數……………………………………………………………………… 105

4．3　具有換熱的一維定常流動………………………………………………………… 110

4．3．1　簡單換熱管流的控制方程組………………………………………………… 110

4．3．2　簡單換熱管流的截面參數變化……………………………………………… 111

4．3．3　換熱對流動參數的影響……………………………………………………… 112

4．3．4　簡單換熱流動過程的性質…………………………………………………… 116

4．3．5　加熱管流的極限狀態———加熱壅塞與臨界加熱量………………………… 117

4．3．6　加熱流動的熱阻……………………………………………………………… 119

4．3．7截面換熱管流的瑞利方程………………………………………………… 121

4．3．8截面加熱管流的計算……………………………………………………… 122

4．4　有質量加入的一維定常流動……………………………………………………… 125

4．4．1　有質量加入的一維定常流動控制方程組…………………………………… 125

4．4．2　質量加入對流動參數的影響………………………………………………… 127

4．4．3　簡單加質流動的極限狀態———加質壅塞與臨界質量流率………………… 128

4．4．4　垂直於主流的加質流動及其求解…………………………………………… 129

4．4．5　加質流動在固體火箭發動機中的套用……………………………………… 132

習　題……………………………………………………………………………………… 134

第5章　激波、膨脹波與燃燒波……………………………………………………………… 136

5．1　正激波……………………………………………………………………………… 137

5．1．1　正激波的控制方程組………………………………………………………… 137

5．1．2　理想氣體的正激波…………………………………………………………… 138

5．1．3　理想氣體正激波的朗金雨貢紐方程………………………………………… 141

5．1．4　理想氣體正激波的普朗特速度方程………………………………………… 142

5．1．5　激波阻力……………………………………………………………………… 143

5．2　拉瓦爾噴管中的流動與正激波…………………………………………………… 148

5．2．1　噴管內產生激波的臨界條件………………………………………………… 149

5．2．2　正激波在噴管內的位置……………………………………………………… 153

5．3　斜激波……………………………………………………………………………… 156

5．3．1　控制方程組…………………………………………………………………… 157

5．3．2　理想氣體中的斜激波………………………………………………………… 159

5．3．3　斜激波波角ε 與流動偏轉角δ 的關係……………………………………… 160

5．3．4　斜激波的強度與最大流動偏轉角…………………………………………… 160

5．3．5　激波的反射與相交…………………………………………………………… 164

5．4　膨脹波……………………………………………………………………………… 168

5．4．1　普朗特邁耶流動的控制方程………………………………………………… 169

5．4．2　理想氣體中的膨脹波………………………………………………………… 170

5．4．3　普朗特邁耶流動的計算……………………………………………………… 171

5．4．4　普朗特邁耶角的最大值……………………………………………………… 173

5．4．5　繞多個凸角和凸面的普朗特邁耶流動……………………………………… 173

5．5　燃燒波……………………………………………………………………………… 175

5．5．1　燃燒波的控制方程組………………………………………………………… 176

5．5．2　燃燒波的基本方程…………………………………………………………… 177

5．5．3　燃燒波的基本特徵…………………………………………………………… 179

習　題……………………………………………………………………………………… 182

第6章　固體火箭發動機中的複雜流動……………………………………………………… 184

6．1　廣義一維定常流動………………………………………………………………… 184

6．1．1　廣義一維定常流動的控制方程組…………………………………………… 184

6．1．2　驅動勢對理想氣體廣義一維定常流動的影響……………………………… 185

6．1．3　理想氣體廣義一維定常流動參數的求解…………………………………… 186

6．1．4　理想氣體廣義一維定常流動的一般特徵…………………………………… 189

6．2　拉瓦爾噴管中的兩相流動………………………………………………………… 191

6．2．1　噴管中兩相流動的控制方程組……………………………………………… 191

6．2．2　一維定常兩相常滯後流動…………………………………………………… 194

6．2．3　一維定常兩相平衡流動……………………………………………………… 201

6．3　氣體流動的黏性效應……………………………………………………………… 203

6．3．1　附面層概念…………………………………………………………………… 203

6．3．2　附面層引起的噴管質量流率損失…………………………………………… 204

6．3．3　附面層分離…………………………………………………………………… 205

6．3．4　拉瓦爾噴管過度膨脹引起的流動分離……………………………………… 205

6．4　多維流效應………………………………………………………………………… 208

6．4．1　拉瓦爾噴管的聲速線………………………………………………………… 208

6．4．2　拉瓦爾噴管的擴張損失……………………………………………………… 209

6．4．3　通道截面積突然變化的流動………………………………………………… 212

參考文獻………………………………………………………………………………………… 216

習題答案………………………………………………………………………………………… 217