氣體動力學(第2版)（簡體書）

《高等學校教材：氣體動力學（第2版）》是在1990年出版的《氣體動力學》（第1版）的基礎之上，按照工程力學專業氣體動力學課程教學要求及國家相關標準和有關規定進行修訂的，並汲取了不少高校院所授課專家提供的修訂意見和建議。
本書注重揭示氣體流動的基本力學原理，並力求用現代的觀點來闡述；在講述典型的氣體動力學方法的同時，注意反映當代數值計算的趨勢，並適當聯繫工程應用。
本書共9章，內容包括：基本概念和預備知識，理想氣體運動的基本方程組，氣體的一維定常流動，膨脹波和斜激波，理想氣體定常勢流的線化方法，定常超聲速流動的特徵線法，一維不定常流動，跨聲速流動，高超聲速流動引論。
本書可供理工科工程力學專業的本科生作為教材之用，亦可供工科有關專業的氣體動力學課程作為教材之用，並可供有關教師、科研人員和工程技術人員參考。
本書第1版獲1995年國家教委優秀教材一等獎、1998年教育部科技進步二等獎。．

童秉綱（1927—），男，江蘇張家港人。1950年南京大學畢業，1953年畢業于哈爾濱工業大學研究生班，畢業伊始便擔任該校理論力學教研室主任。1961年到中國科學技術大學近代力學系任教，曾擔任流體力學教研室主任和系主任，1981年起任教授和博士生導師。1984年5月至l985年10月在加拿大滑鐵盧大學和美國加州理工學院等4校任訪問學者。1986年起在中國科學院研究生院任教至今。1997年當選中國科學院院士。主要從事空氣動力學和氣動熱力學、非定常流與渦運動、生物運動力學等方面的研究。
孔祥言（1932—），男，安徽合肥人。1956年8月畢業于北京大學力學專業，到中國科學院力學所和上海機電設計院從事火箭設計計算工作。1963年起在國防科工委系統從事衛星空間技術研究設計，曾參與長征1號運載火箭和返回式衛星方案設計的部分工作。1975年到中國科學技術大學做教學和科研工作，20世紀80年代任副教授、教授、博士生導師。著有《高等滲流力學》，合作編著《氣體動力學》。曾獲國家科技進步三等獎一項，中國科學院和省部級一等獎多項。
鄧國華（1941—），男，福建省龍巖市人，教授，享受國務院政府特殊津貼。1965年中國科學技術大學高速空氣動力學專業畢業后留校任教，長期主講氣體動力學等課程。1995年合作編著《氣體動力學》教材，榮獲國家教委第三屆優秀教材一等獎；1998年榮獲教育部科技進步二等獎；多年合作從事“飛行器渦系間的相互作用及對氣體特性影響”方面的研究，在美國航空航宇雜志以及國際實驗流體力學年會上發表多篇論文。1990—2002年期間，擔任中國科學技術大校學生處處長、招生與就業指導辦公室（處）主任等職，并于1994年被國家教委授予“全國普通高校畢業生分配工作先進工作者”稱號，1998年被中國科學院授予“中國科學院優秀教育管理工作者（地奧教育管理獎）”稱號。現擔任中國科學技術大學管理學院《MBA／MPA人》雜志副主編，并為人力資源相關專業碩士生主講人力資源管理課程。

《高等學校教材:氣體動力學(第2版)》可供理工科工程力學專業的本科生作為教材之用，亦可供工科有關專業的氣體動力學課程作為教材之用，并可供有關教師、科研人員和工程技術人員參考。

主要符號表
第一章基本概念和預備知識
§1.1緒論
§1.2熱力學狀態和過程
§1.3熱力學定律和基本方程
1.3.1內能
1.3.2熱力學第一定律，焓，熱容
1.3.3熱力學第二定律，熵
1.3.4熱力學基本方程
§1.4完全氣體的熱力學特性
1.4.1熱完全氣體狀態方程
1.4.2量熱完全氣體狀態方程
1.4.3基本熱力學函數的確定
§1.5化學熱力學簡介
1.5.1化學反應式
1.5.2化學熱力學基本方程
1.5.3有化學反應的熱完全氣體混合物的熱力學特性
1.5.4化學平衡準則
§1.6聲速，馬赫數
1.6.1聲速
1.6.2馬赫數，氣流速度範圍的劃分

第二章理想氣體運動的基本方程組
§2.1引言
§2.2連續性方程：質量守恆方程
2.2.1隨體觀點的積分形式和微分形式
2.2.2當地觀點的積分形式和微分形式
2.2.3直角坐標和曲線坐標中連續性方程的表達式
§2.3物質導數的變換關係
2.3.1微分形式的變換關係
2.3.2有限質量系統積分形式的變換關係
§2.4理想氣體的動力學方程
§2.5動力學方程的幾個積分
2.5.1含有渦量及壓力函數的動力學方程
2.5.2拉格朗日（Lagrange）積分
2.5.3伯努利（Bernoulli）積分
2.5.4歐拉積分
§2.6理想氣體的能量方程
2.6.1隨體觀點的能量方程
2.6.2當地觀點的能量方程
2.6.3克羅柯（Crocco）方程
§2.7理想氣體的基本方程組，初始條件和邊界條件
2.7.1微分形式的基本方程組
2.7.2邊界條件和初始條件
2.7.3小結

第三章氣體的一維定常流動
§3.1引言
§3.2絕熱流和等熵流的基本關係
3.2.1能量方程及其特徵常數
3.2.2量綱一的速度λ
3.2.3沿流線的等熵流關係式
3.2.4比流量密度和流量公式
§3.3廣義一維定常流的基本方程組
3.3.1幾個制約因素在基本方程中的數學表示
3.3.2廣義一維定常流的基本方程組
3.3.3流動特性參數的微分關係式
§3.4氣體沿變截面管道的等熵流動
3.4.1流動參數與截面面積變化的微分關係
3.4.2積分關係式
3.4.3噴管的流速與流量的計算
§3.5定常正激波
3.5.1正激波的形成過程簡述
3.5.2激波的厚度及激波的數學模型
……
第四章膨脹波和斜激波
第五章理想氣體定常勢流的線化方法
第七章一維不定常流動
第八章跨聲速流動
第九章高超聲速流動引論
數表
參考文獻
索引
作者簡介．

第二章理想氣體運動的基本方程組
2.1 引言
本章敘述理想氣體運動的基本方程組。所謂理想氣體是指無黏性和無導熱性的氣體。
在1.1中已提到過，無論是氣體的外部或內部流動問題，一般的提法是：從基本方程組出發，按給定的條件求解出流場的流動參數，特別是要確定物體表面的物理量（如壓力、切應力、溫度、熱流等）。
雖然當今的計算技術已有了長足的進展，但數值求解完整的黏性氣體三維基本方程組仍有困難。事實上，人們始終在探索分層次的簡化模型和按層次求解的途徑。在氣體動力學中，例如，對于求解氣體繞尖薄物體的無分離流動（附體流動）這一類問題，無黏性流動理論和邊界層理論的關聯和組合，是體現分層次求解問題的范例。下面稍具體地作點說明。式中p是密度，L和V分別為物體的特征長度和特征速度，μ是氣體的黏度。例如空氣在15℃時的μ=1.789×10—5N·s／m2。若氣體的流速較大，而黏度較小，則Re很大，這表示黏性效應很小。于是在附體流動這一類問題中，氣體的黏性效應只出現在物面上的邊界層區域內以及物后的窄尾跡區內，在這些區域以外的流場都可認為是無黏性的。只要Re很大，邊界層即足夠薄，因而其位移厚度對無黏性外流的附加影響就可略去不計。這樣，我們就可以不考慮邊界層厚度，認為物面外都是無黏性流場，令人鼓舞的是：在上述條件下用無黏性流動理論求解出的物面壓力分布。與計及邊界層內的黏性和導熱性影響后所得出的物面壓力分布幾乎相同。這已為大量的實驗和廣泛的工程實踐所驗證。另一方面，無黏性流動的解還給邊界層理論提供外流條件，從而可從邊界層方程解出物面的切應力、溫度和熱流。
通過以上討論，讀者不難理解無黏性流動理論在氣體動力學中的應有地位和建立理想氣體運動的基本方程組的重要性。
有必要解釋一下黏性和導熱性的關系。氣體的黏性和導熱性都來源于分子的輸運過程，分子的動量輸運在宏觀上表現為黏性，分子的能量輸運則表現為導熱性，因此黏度μ和導熱系數λ之間有確定的關系。
建立基本方程時首先面臨著這么一個問題：怎樣選取流體物質形態的模型作為研究對象。與運動的固體不同，運動的流體充滿著空間，有無限多個自由度，因而不可能像對運動的固體那樣，可以一目了然地選定研究對象。基于兩個不同的出發點，有兩種流體模型可供選擇。一種是隨體觀點的模型，它認定某個有確定質量的流體團，稱為封閉系統，其特點是：（1）系統的體積τ（t）和界面積σ（t）因隨流體運動而隨時變化；（2）在系統的界面上，只有能量交換，沒有質量交換。另一種是當地觀點的模型，它在流體空間認定一個固定的控制面所包圍的區域，稱為開口系統，其特點是：（1）系統的體積τ和界面積σ是固定不變的；（2）在系統的界面上既有質量交換，又有能量交換。其實，這兩種觀點都要選取各自所定義的系統內的流體物質作為研究對象，其區別僅僅在于：所謂隨體觀點的模型乃是在長時間內認定某一團固定質量的流體作為對象，而所謂當地觀點的模型則是在各個不同時刻分別選取各該時刻流過某個固定空間區域的通常是不同質量的流體作為對象。