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燃气射流动力学9787568297011

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作者编者:姜毅//蒲鹏宇//程李东//牛钰森|责编:张海丽

出版社北京理工大学出版社

ISBN9787568297011

出版时间2020-07

装帧平装

开本16开

定价58元

货号11048332

上书时间2024-12-14

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商品描述
目录
 第1章  燃气射流动力学基本概念
  1.1  燃气射流现象
    1.1.1  射流的基本概念
    1.1.2  工程中的射流现象
    1.1.3  燃气射流的主要特征
  1.2  燃气射流问题的研究方法
第2章  气体动力学基本理论
  2.1  气体流动基本性质
    2.1.1  连续性假设与流体微团
    2.1.2  流体动力学基本参数
    2.1.3  理想流体与黏性流体
    2.1.4  牛顿流体与非牛顿流体
    2.1.5  层流与湍流
    2.1.6  流体传热与传质
    2.1.7  可压流体与不可压流体
    2.1.8  定常流动与非定常流动
  2.2  气体动力学控制方程
    2.2.1  流体动力学的描述方法
    2.2.2  质量守恒方程
    2.2.3  动量守恒方程
    2.2.4  能量守恒方程
    2.2.5  流体本构关系式
    2.2.6  状态方程与理想气体
    2.2.7  控制方程的通用形式
第3章  燃气射流动力学基本理论
  3.1  准一维定常流动控制方程
  3.2  声速与马赫数
  3.3  变截面准一维定常流动
    3.3.1  变截面定常流动关系式
    3.3.2  一维定常等熵流动关系式
    3.3.3  滞止状态、最大速度状态与临界状态
    3.3.4  马赫数与气体可压缩性
  3.4  拉瓦尔喷管内燃气流动特性
    3.4.1  拉瓦尔喷管的定义
    3.4.2  拉瓦尔喷管内流动状态
    3.4.3  拉瓦尔喷管性能参数与面积比公式
    3.4.4  拉瓦尔喷管的正问题与反问题
  3.5  膨胀波、压缩波与激波
    3.5.1  微弱扰动与马赫锥
    3.5.2  普朗特-迈耶尔流动
    3.5.3  正激波
    3.5.4  斜激波
  3.6  不同流态下的燃气射流结构
    3.6.1  燃气射流的基本结构
    3.6.2  流动不稳定性
    3.6.3  亚声速燃气射流
    3.6.4  超声速燃气射流
第4章  燃气射流的数值计算
  4.1  偏微分方程及其数值解法
    4.1.1  准线性偏微分方程组
    4.1.2  偏微分方程的数值解法
  4.2  黎曼问题与Godunov型方法
    4.2.1  对流方程的黎曼问题
    4.2.2  双曲方程组与黎曼问题
    4.2.3  Godunov方法
    4.2.4  高阶重构与Godunov型方法
  4.3  绝热无黏理想气流
    4.3.1  欧拉方程
    4.3.2  黎曼求解器
    4.3.3  欧拉方程的数值解
  4.4  准一维拉瓦尔喷管流动
    4.4.1  控制方程
    4.4.2  数值解法
  4.5  多维黏性可压缩气流的数值解
    4.5.1  一维黏性流动
    4.5.2  多维欧拉方程
    4.5.3  多维黏性流动
  4.6  湍流与燃气射流的数值仿真
  4.7  自由射流CFD仿真方法简介
    4.7.1  基于OpenFOAM求解自由射流
    4.7.2  基于Fluent求解自由射流
    4.7.3  数值解可视化
第5章  发射工程中的燃气射流动力学问题
  5.1  大型火箭发射导流槽燃气排导问题
    5.1.1  导流槽性能评价指标
    5.1.2  导流槽设计方案
    5.1.3  导流槽燃气流场数值仿真
    5.1.4  数值仿真结果与实测结果验证
    5.1.5  仿真结果分析
  5.2  运载火箭发射喷水降温降噪问题
    5.2.1  运载火箭发射喷水降温降噪技术
    5.2.2  冷却水降温效果仿真研究
    5.2.3  冷却水降温效果仿真结果分析
    5.2.4  冷却水降噪效果仿真研究
    5.2.5  喷水降噪效果仿真结果分析
  5.3  机动发射问题
    5.3.1  双面导流仿真计算
    5.3.2  单面导流仿真计算
    5.3.3  单面导流器排导规律研究
    5.3.4  随形单面导流器导流效果研究
参考文献

内容摘要
第1章燃气射流动力学基本概念

燃气射流动力学是流体力学的一个分支，主要研究火箭导弹发射时，火箭发动机喷管喷出的高温高速燃气射流流动规律及其对周围设施和环境的影响。在20世纪早期，随着喷气推进技术的出现，人们开始对从火箭发动机等喷出的高温高速的燃气射流现象有了直观上的认识。根据容器内与周围环境的压强比，燃气射流可以分为亚声速燃气射流和超声速燃气射流。从物理现象来说，亚声速燃气射流与超声速燃气射流存在明显差异，后者在射流核心区能够看到明显的激波一膨胀波交替出现的波系结构。而对于超声速燃气射流，过膨胀状态与欠膨胀状态下的波系结构又有所不同。可见，燃气射流包含许多有趣而又复杂的物理现象。工程实践中，人们主要关注火箭发动机产生的燃气射流对火箭导弹发射性能、火箭运载能力、导弹红外信号以及周围设备和环境的影响。首先，火箭导弹发射过程中，燃气射流会对发射系统的结构与设备产生较大的机械冲击与热力学烧蚀。为了防止结构设备被燃气射流损坏，需要设计燃气射流排导。其次，一部分弹射发射的导弹需要在空中进行点火，而点火高度决定了燃气射流对地面人员与设备的影响。最后，在火箭导弹飞行的过程中，不同的燃气射流会产生不同的尾迹，对应不同的红外信号特征，影响其隐身能力。总结起来，燃气射流问题主要分为两类：一类是研究燃气射流现象的流动规律，另一类是研究燃气射流对环境的影响作用。早期研究燃气射流问题时(20世纪80年代前)，和流体力学的其他分支的模式相同，研究方法主要是在总结试验现象的基础上，提出一些经验计算模型和公式。典型方法有射流积分法与射流自模性，这两种方法适用于对自由燃气射流的理论分析。而由于燃气射流对环境的影响较为复杂，主要采用的是试验方法。20世纪80年代后，随着计算机技术水平的迅速发展，计算流体力学得到迅猛发展，使人们可以在假设越来越少的条件下从理论上对燃气射流现象进行计算研究。同时，随着测试技术的高速发展，如今可以对燃气射流对周围环境的影响进行可靠的直接测量和间接测量，这为研究燃气射流问题提供了更加有力的手段。1.1燃气射流现象1.1.1射流的基本概念水从消防水龙头射出，空气从打气筒中冲出，针剂从注射器的针头中压出以及喷灌农田的水从喷头中射出等，如此这般形式的流体流动统称作“射流”。它们与流体的一般流动不同之处在于它们具有喷射成一束的流动特点。在《理论流体动力学》（L.M.米尔恩一汤姆森著）中，这样描述射流：忽略外力，并假设做二维运动的液体以自由流线山、山（图1.1）为界，这些流线将流动平面分成A、B、C三个区域，运动的液体占据区域B。如果A、C中没有液体，B中的流动则为射流。同理，对于燃气射流而言，则是在A、C中可以有静止的或异速流动的气体。综上所述，射流的一般定义为：孔口、管口、喷嘴和缝隙等出路靠压差或外力推动而流出的流体、气体和粉末等流动介质且喷射成束的流动形态。射流流出后不受固体边界的限制，而在某一空间中自由扩张的喷射流动称为自由射流。严格地说，当环境空间中的介质温度、密度与射流介质的温度、密度相同时，才能称为自由射流。而当空间介质静止不动时，该射流称为自由淹没射流；当空间介质非静止时，则称自由伴随流射流。1.1.2工程中的射流现象射流在工程中的出现和应用是非常广泛的。诸如农田喷灌水射流，消防喷枪水射流，石油化工喷射泵（蒸汽、液体、气体等）射流，航空航天器发动机喷气射流等。由于射流在各个工业技术领域中大量出现，我们把这种现象称为“工程中的射流现象”。工程中的各种射流，都是带有一定能量的，有的甚至带有非常巨大的能量，如大推力运载火箭的发动机射流。这些能量有的被白白放弃掉，有的被完全用来做“活”，也有的只被用了一部分，情况很不一样。但也有共同的方面，那就是凡是射流被射出，它都同时产生与其所获作用力相等的反作用力，只是人们对这两种力的利用侧重点有所不同罢了。此外，绝大多数射流，随着它的产生都伴有分贝数较高或很高的射流噪声。这就是说，射流在其被利用的同时，还会造成一定的环境污染；如果是高温热射流，还有可能对周围的环境设备造成一定的热损、热蚀。所以有时要在利用射流的地方，同时考虑一些声防护和热防护措施。如果按本身所负有的功能使命，射流大致可以分成以下几个大类。1.用来产生推力的喷气射流在航空航天技术领域中，大量使用火箭发动机、涡轮喷气发动机、冲压喷气发动机等反作用式喷气式发动机。这些发动机所喷出的射流，从力学的观点来看，都是作为一种受力载体而被使用的。当它们流出喷口以前，先是燃烧、受压缩，而后施行膨胀，在此整个过程中，一方面它们作为受力载体把发动机燃烧室里加给它们的力承受下来，形成了运动：另一方面它们同时又把所承受的力即时地反作用于施力体，于是就产生了推力。常见的燃气射流如图1.2所示。

……



精彩内容
     本书第1章通过日常生活中的各种射流现象，引导读者认识射流的本质，理解燃气射流的特有性质。第2章主要讲述气体动力学基本理论，介绍气体流动的基本性质，根据流体动力学守恒定律构建控制方程。第3章主要讲述燃气射流动力学基本理论，从喷管内的燃气射流流动入手，逐步引入超声速燃气射流中常见的激波与膨胀波等概念，并分析不同流动状态下的燃气射流结构。第4章主要讲解燃气射流数值计算的基本理论，针对可压缩流动，构建绝热无黏理想气流的黎曼求解器，并将此扩展到多维黏性可压缩流动中。第5章介绍发射工程中的燃气射流动力学问题及其分析方法，帮助读者将理论与实践相结合。
    本书主要作为航天发射与火箭推进专业研究生入门教材，重点在于建立读者对燃气射流的基本概念，并介绍燃气射流分析的基本方法。

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