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1 高超声速流动的概念和输运机理1

1.1 引言1

1.2 高超声速流动的概念2

1.2.1 高超声速流动的定义2

1.2.2 高超声速气动热力学的重要性11

1.2.3 高超声速飞行轨道和高度－速度图15

1.2.4 高超声速飞行器为什么采用钝前缘18

1.3.1 气体分子运动论基础21

1.3 高温气流中的输运机理21

1.3.2 高温气体的输运特性和扩散质量流27

1.4 传热的形式36

1.4.1 热传导37

1.4.2 对流传热37

1.4.3 扩散传热38

1.4.4 辐射传热39

1.4.5 总热传导系数39

1.5 高温空气的输运特性41

2.2.1 真实气体与完全气体44

2.2 高温气体的热力学特性44

2 高温气体的热力学和化学热力学特性44

2.1 引言44

2.2.2 完全气体状态方程45

2.2.3 混合气体的成分49

2.2.4 气体的分类52

2.3 热力学第一定律56

2.4 热力学第二定律59

2.5 高温气体的化学热力学特性62

2.5.1 化学反应的质量守恒方程62

2.5.2 吉布斯自由能和化学反应中的熵增64

2.5.3 化学平衡条件66

2.5.4 平衡化学反应混合气体的成分67

2.5.5 化学反应热71

3 高温气体的统计理论和非平衡效应73

3.1 引言73

3.2 统计热力学的基本理论74

3.2.1 分子的能量模式74

3.2.2 系统的微观状态数80

3.2.3 最可几宏观态82

3.2.4 玻耳兹曼分布84

3.2.5 用配分函数计算热力学特性86

3.2.6 配分函数Q（V,T）90

3.3 平衡化学反应气体的热力学特性93

3.3.1 单一组元气体的热力学特性94

3.3.2 平衡常数的计算98

3.3.3 多组元平衡化学反应气体的热力学特性101

3.4 高温空气的平衡热力学特性106

3.4.1 高温空气中的化学反应106

3.4.2 高温空气平衡成分的计算108

3.4.3 高温平衡空气的特性111

3.5 高温气体的振动和化学非平衡126

3.5.1 振动松弛过程和振动速率方程126

3.5.2 化学非平衡和反应速率方程132

3.5.3 高温空气和氢－空气混合气体中的化学非平衡137

4.1 引言144

4 高温无粘冻结、平衡和非平衡流动144

4.2 高温无粘冻结流动146

4.2.1 无粘冻结流动的热力学特性146

4.2.2 无粘冻结流与平衡流的比较149

4.3 高温无粘平衡流动151

4.3.1 高温无粘平衡流动的控制方程152

4.3.2 平衡正激波和斜激波153

4.3.3 平衡一维喷管流动163

4.3.4 平衡比热和平衡声速168

4.3.5 平衡普朗特－迈耶膨胀流动173

4.3.6 圆锥平衡流动176

4.3.7 钝体平衡流动180

4.4 高温无粘非平衡流动183

4.4.1 高温无粘非平衡流动的控制方程组183

4.4.2 非平衡正激波和斜激波187

4.4.3 非平衡一维喷管流动194

4.4.4 钝体非平衡流动198

4.4.5 非平衡流动的特征线法203

5.2 多组元混合气体中的输运特性209

5.1 引言209

5 粘性气动热力学的基本方程和边界条件209

5.2.1 质量输运210

5.2.2 动量输运213

5.2.3 能量输运213

5.3 高温气体输运系数217

5.3.1 碰撞截面217

5.3.2 输运系数计算公式219

5.4.1 基本方程组221

5.4 粘性多组元反应气体基本方程221

5.4.2 边界层方程组223

5.5 壁面催化反应及有关参数228

5.5.1 壁面催化反应228

5.5.2 表面无量纲参数232

6 离解气体层流边界层解法234

6.1 引言234

6.2 边界层方程的相似变换234

6.2.1 相似坐标234

6.2.2 用ξ,η坐标表示的边界层方程235

6.2.3 离解空气的二元模型239

6.3 离解空气驻点传热242

6.3.1 驻点条件242

6.3.2 平衡边界层驻点传热243

6.3.3 冻结边界层驻点传热247

6.3.4 非平衡边界层驻点传热有限差分解253

6.4 离解空气非驻点传热257

6.4.1 “局部相似解”的概念257

6.4.2 局部相似解的热流分布公式258

6.4.3 平板和圆锥表面上的热流分布260

6.4.4 钝体表面的热流分布262

6.5 非相似边界层方程的数值解法270

6.5.1 有限差分解法270

6.5.2 积分关系法275

6.5.3 积分－矩阵法277

7 辐射气体动力学和表面温度282

7.1 引言282

7.2.1 辐射强度和辐射热通量283

7.2 辐射热通量的计算方法283

7.2.2 辐射传热方程285

7.2.3 辐射传热方程的解287

7.3 再入飞行体辐射流场的计算295

7.4 高温气流与表面材料的相互作用298

7.4.1 热防护措施298

7.4.2 质量引射边界层的表面相容条件300

7.5 质量引射层流边界层304

7.5.1 质量引射层流边界层方程组304

7.5.2 质量引射冻结边界层305

7.5.3 催化壁面冻结边界层311

7.5.4 有气相反应面的冻结引射边界层324

7.6 表面温度的计算方法329

7.6.1 材料内部的传热过程329

7.6.2 烧蚀表面的质量相容关系338

7.6.3 表面温度的确定343

8 湍流反应流346

8.1 引言346

8.2.1 法富尔平均347

8.2 用法富尔平均的基本方程347

8.2.2 基本方程348

8.2.3 边界层方程350

8.2.4 封闭问题356

8.3 湍流模式358

8.3.1 湍流模式概述358

8.3.2 雷诺应力方程（二阶矩模式）359

8.3.3 k-ε二方程模式及代数应力模式362

8.3.4 低马赫数近似364

8.4.1 概率密度函数（pdf）366

8.4 概率密度函数方法366

8.4.2 守恒标量370

8.4.3 守恒标量——快速反应的pdf解法372

8.4.4 随机函数的有关知识374

8.4.5 建立概率密度函数的输运方程378

习题381

地球标准大气层表389

参考文献391