高温气体动力学  080103M05002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:孙泉华,刘云峰,鲍麟
授课时间: 星期二,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼311
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15
课程编号: 080103M05002H 课时: 42 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:孙泉华,刘云峰,鲍麟 助教:
英文名称: High Temperature Gas Dynamics 召集人:

教学目的、要求

本课程在气体动力学的基础上,系统地讲述高超声速及高温流动的基本概念及基本理论。通过本课程的学习,要求学生理解高超声速流动的基本物理规律,掌握常用数理方法,体会工程科学思想在具体问题中的应用,并了解高超声速和高温流动的前沿研究方向和现代工程应用价值,为今后从事相关的科研工作提供必要的基础。

预修课程

气体动力学

教 材

1. Anderson, J. D. Jr., Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics, Second Edition. AIAA Inc, Virginia, 2006.
2. 童秉纲, 孔祥言, 邓国华. 气体动力学 第2版. 高等教育出版社, 北京, 2012.

主要内容

第一章 绪论(共3学时)(孙泉华)
1.1  高超声速飞行:历史与现状 (1学时)
1.2  高速飞行器的气动力、气动热与飞行轨道 (1学时)
1.3  气体流动的领域划分,高温真实气体效应 (1学时)
第二章 高超声速无黏流动(共6学时)(鲍麟)
2.1  高超声速激波与膨胀波(强激波近似与小扰动近似) (2学时)
2.2  (教学重点)当地表面斜率法(牛顿理论及修正方法、切楔/锥法等) (2学时) 
2.3  (教学难点)高超声速无黏流近似方法(马赫数无关原理、小扰动相似率、高超声速等效原理等)  (2学时) 
第三章 高超声速黏性流动(共6学时)(鲍麟)
3.1  黏性流动的控制方程、边界条件和相似参数 (1学时)
3.2  (教学重点与难点)高超声速边界层理论(层流边界层方程组、相似解法、转捩与湍流,参考焓法等),气动加热,熵层效应 (2学时)
3.3  (教学重点)黏性干扰理论(弱干扰与强干扰、激波-边界层相互作用等) (2学时)
3.4  黏性流动的计算方法(黏性激波层法、抛物化N-S方程法、全N-S方程法等) (1学时)
第四章 高温流动基础(共12学时)(刘云峰)
4.1  化学热力学与统计物理基础(理想气体的统计理论、玻尔兹曼分布、化学反应气体的热力学第一和第二定律、化学平衡的判据与计算、反应热等) (3学时)
4.2  (教学难点)振动与化学非平衡(振动速率方程、化学速率方程、典型气体的化学反应) (3学时)
4.3  (教学重点)高温无黏冻结、平衡与非平衡流动的基本概念,控制方程,喷管流动,激波与膨胀波流动,钝头体绕流,双尺度率等 (3学时) 
4.4  输运现象与理论(分子动理论与气体输运系数、多组分气体的扩散与传热、高温气体的输运特性) (3学时) 
第五章 高温流动动力学(共12学时)(孙泉华)
5.1  (教学重点与难点)高温黏性流动的控制方程与壁面边界条件,化学反应边界层流动的相似解,化学反应流动的计算流体力学方法 (3学时) 
5.2	驻点线理论与高温非平衡效应分析(3学时)
5.3  (教学重点)稀薄气体动力学(Boltzmann方程、Maxwell分布、连续介质流动的守恒方程与Chapman-Enskog展开、滑流边界条件、DSMC及其他分子模拟方法) (3学时) 
5.4  辐射气体动力学(辐射传热定义、准平衡的辐射传热方程、透明气体和自吸收气体的简化解、钝头体的辐射气体流动、壁面辐射平衡) (3学时)
总复习与考试 (共3学时)(刘云峰)

教学手段与方法:教师授课与启发式讨论相结合,课堂讲授与习题、大作业相结合
考核方式:开卷考试70%+平时成绩30%

参考文献

1. Hayes, W. D. and Probstein, R. F., Hypersonic Flow Theory. Academic Press, New York, 1959.
2. Vincent, W. G. and Kruger, G. H. Jr., Introduction to Physical Gas Dynamics. John Wiley Inc, 1965.
3. 瞿章华, 刘伟, 曾明, 柳军. 高超声速空气动力学. 国防科技大学出版社. 长沙, 2001.
4. 卞荫贵, 徐立功. 气动热力学 第2版. 中国科学技术大学出版社, 合肥, 2011.
5. 沈青. 稀薄气体动力学. 国防工业出版社, 北京, 2002.