九-气体的二维流动.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,.,工程流体力学电子教案,石油天然气工程学院,第九章气体的二维流动,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,9.2,微弱扰动波,9.3,斜激波,9.4,激波的反射与相交,9.5,激波与边界层的相互干扰,2,.,在空间某点的扰动源上产生的扰动波，在没有任何限制的情况下，扰动波会向四处传播，传播的情况根据传播介质的流动状况的不同而不同。,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,一、气体静止不动（,v,=0),1.扰动波是以扰动源为中心的同心球面,2.球面波的径向传播绝对速度是当地的声速,3.扰动波在静止气体中的传播是无界的,3,.,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,一、气体静止不动（,v,=0)(续）,4,.,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,二、气流为亚声速的直线均匀流（,vc,),1.扰动波是一系列的球面波,2.扰动波的各方向的传播绝对速度是沿球面径向向外的声速与气流速度的几何和,3.扰动波在静止气体中的传播是无界的,5,.,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,二、气流为亚声速的直线均匀流（,vc,),1.扰动波是一系列的球面波,2.球面波相对于气流的传播速度是当地的声速，牵连运动的气流以,大于声速,的速度把它带向下游,3.扰动波在声速流中的传播是有界的，扰动波不能逆向上游传播，且仅能在下游有限区域内传播,9,.,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,四、气流为超声速的直线均匀流（,vc,),10,.,9.1,微弱扰动在空间的传播 马赫锥,五、马赫锥,在超声速流中，微弱扰动波的传播是有界的，界限是包络的圆锥面，圆锥面称为马赫锥。,马赫锥以内为受扰区，马赫锥以外为无扰区,11,.,9.2,微弱扰动波,一、膨胀波,A,O,B,Ma1,L,d,O,扰动源,OL,马赫波,超声速的直匀流沿,O,点向外折转一微小角度,d,的壁面,AOB,流动。,O,点是扰动源，超声速气流经过,O,点产生马赫波,OL,，气流经过,OL,后也向外折转一微小角度,d,。,气流转折后，随着通流截面有微量的增大，超声速气流加速，静压强、密度和温度都有微量的降低，故，气流经过马赫波的变化过程是个膨胀过程，称为膨胀波。,1.膨胀波的形成,12,.,9.2,微弱扰动波,一、膨胀波（续）,2.绕外凸曲面的膨胀波,视外凸曲面由无数微小外折转面组成,每经过一个外折转面形成一个膨胀波,膨胀波倾角逐渐增大，是发散的。,13,.,9.2,微弱扰动波,一、膨胀波（续）,3.绕外凸折面的膨胀波,无数微小外折转面集中在O点组成,形成的无数道膨胀波集中在壁面折转处,形成扇形膨胀区,14,.,9.2,微弱扰动波,二、压缩波,超声速的直匀流沿凹壁面,AOB,流动，壁面在,O,点向内折转一微小角度,d,。,O,点是扰动源，超声速气流经过,O,点产生马赫波,OL,，气流经过,OL,后也向内折转一微小角度,d,。,气流转折后，随着通流截面有微量的减小，超声速气流减速，静压强、密度和温度都有微量的升高，故，气流经过马赫波的变化过程是个压缩过程，称为压缩波。,2.压缩波的形成,O,扰动源,OL,马赫波,A,O,B,Ma1,L,d,15,.,9.2,微弱扰动波,二、压缩波（续）,2.绕内凹曲面的压缩波,视内凹曲面由无数微小内折转面组成,每经过一个内折转面形成一个压缩波,压缩波倾角逐渐减小，是收敛的。,16,.,9.2,微弱扰动波,三、气流折角的计算,取封闭周线abcda为控制面，,连续方程,动量方程,越过左伸膨胀波，气流速度的相对增量与气流方向角的增量是异号的。,17,.,9.2,微弱扰动波,三、气流折角的计算（续）,负号属于越过左伸膨胀波的流动，,正号属于越过右伸膨胀波的流动，,18,.,9.2,微弱扰动波,三、气流折角的计算（续）,特例：,当,时，,当,时，,19,.,9.3,斜激波,当超声速气流沿凹曲壁面流动时，在极限情况下包络激波变成发自O点的倾斜的直激波，这种激波称为斜激波。,20,.,9.3,斜激波,形成斜激波的条件：,激波图线,来流的法向分速必须是超声速。,用于计算斜激波前后的参数比。见P306的图9-14。,21,.,9.4,激波的反射和相交,一、激波在平直壁面上的反射,正常反射,非正常反射,22,.,94,激波的反射和相交,二、异侧激波的相交,正常相交,非正常相交,23,.,9.4,激波的反射和相交,三、同侧激波的相交,24,.,9.5,激波与边界层的相互干扰,一、激波入射到层流边界层上,层流边界层,紊流边界层,第二条反,射激波,第一条反,射激波,入射激波,膨胀波,分离区,25,.,9.5,激波与边界层的相互干扰,二、激波入射到紊流边界层上,紊流边界层,入射激波,紊流边界层,反射激波,紊流边界层,入射激波,紊流边界层,反射激波,分离区,26,.,9.5,激波与边界层的相互干扰,三、物面内折转处激波与边界层上的干扰,层流边界层,激波,紊流边界层,分离层,紊流边界层,激波,紊流边界层,27,.,9.5,激波与边界层的相互干扰,四、尖劈前缘边界层对激波的影响,28,.,