传热学：气体动力学

气体动力学：
　　它是在经典流体力学的基础上﹐结合热力学和化学发展起来的。通常所说的气体动力学假定气体是无黏性﹑不传热的。在气体动力学中﹐根据运动速度将流动分为亚声速流动﹑跨声速流动﹑超声速流动和高超声速流动﹔根据流动在空间中的变化特点分为一维流动﹑二维流动和三维流动﹔根据空间中每一点处的流动是否随时间而改变分为定常流动和非定常流动。按照所处理问题的流场是否为无限大可分为外流问题和内流问题。高速飞行器(如飞机﹑导弹﹑航天器等)的绕流属於外流问题﹔喷气发动机﹑风洞﹑燃气轮机等设备中的流动则属於内流问题。在流动过程中可以有化学变化﹐也可以没有化学变化。气流在空间中可以连续变化﹐也可以发生突跃变化。激波﹑爆轰﹑爆燃现象等就属於突跃变化。
　　发展简史 气体动力学的早期研究始於19世纪80年代。英国的兰金﹐W.J.M.和法国的P.H.许贡纽对大波幅的强扰动波(如激波)作了理论研究﹐得出这种强波前后的压强比和密度比以及其他参量比的关系式。这些关系式称为兰金－许贡纽关系式(见激波关系式)。1887年奥地利物理学家马赫﹐E.通过实验发现﹐超声速流动的特徵并不取决於流速的绝对值﹐而是取决於流速对当地声速的比值。这个比值后称为马赫数。瑞典工程师C.G.P.de拉瓦尔在研制蒸汽涡轮机中发现﹐要想在喷管中获得超声速气流﹐按低速流的规律将管道截面作单调的收缩是办不到的。后来他把喷管做成先收缩后扩张﹑中间细的形状﹐终於得到了超声速气流(见拉瓦尔管)。1902年俄国学者恰普雷金﹐..用速度图法研究了气体射流。由於当时生产上对高速流动或有热交换流动研究的需要还不迫切﹐气体动力学只处於萌芽阶段。在第二次世界大战中﹐飞机发动机功率越来越大﹐飞机的外形越来越符合高速的要求﹐活塞发动机飞机的飞行速度已达到声速的0.5～0.6倍。到第二次世界大战末期﹐喷气发动机问世﹐飞机发展的形势要求研究高亚声速和超声速流动问题﹐也要求研究喷气发动机内部的流动和燃烧问题﹐气体动力学便应运而蓬勃发展起来了。
　　学科内容 从理论上研究气体动力学问题﹐必须首先根据自然界的基本规律(如质量守恒﹑动量守恒和能量守恒规律)建立流动过程中气体流速﹑压强﹑密度﹑温度等物理量所应满足的基本关系式﹐这些关系式就是气体动力学基本方程(见流体力学基本方程组)。基本方程可以是微分形式﹐也可以是积分形式。在一般情况下﹐方程复杂﹐求解也很困难。因此﹐在理论研究中﹐往往须根据具体的流动现象﹐对方程进行简化﹐从而形成各种不同的理论﹐如小扰动理论﹑细长体理论﹑边界层理论等。气体动力学利用所建立的基本方程研究一维或多维的连续流动﹑各种有突跃变化的流动以及有化学反应的流动等。