三、特種設(shè)備原理一維非定常等熵流、運(yùn)動(dòng)激波關(guān)系J

1、三、三、 特種設(shè)備特種設(shè)備原理：一維非定常等熵流、運(yùn)動(dòng)激波關(guān)系。原理：一維非定常等熵流、運(yùn)動(dòng)激波關(guān)系。J. Lukasiewicz:Experimental Methods of Hypersonics 第三章第三章 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 裝置裝置特種高超聲速設(shè)備特種高超聲速設(shè)備管式炮風(fēng)洞長(zhǎng)射風(fēng)洞Stalker管（風(fēng)洞）激波管（風(fēng)洞）活塞驅(qū)動(dòng)器管風(fēng)洞膨脹管（風(fēng)洞）壓縮管靶式彈道靶火箭車組合式逆流靶激波管 + 彈道靶原理：以一維非定常流為理論基礎(chǔ)復(fù)習(xí)：一維非定常連續(xù)流（等熵流）復(fù)習(xí)：一維非定常連續(xù)流（等熵流）010 xpxuutuxuxut連續(xù)連續(xù)：動(dòng)量動(dòng)量：audtdxdtdudtdaxuautuxaut

2、aalong00特征線特征線關(guān)系關(guān)系：audtdxaudtdxauaudtdxaudtdxaucrossoralongcont.12crossoralongcont.12簡(jiǎn)單波dx/dt=u+a 是右行波，氣流從右方進(jìn)入波面。 dx/dt=u-a 是左行波，氣流從左方進(jìn)入波面。 右行波也可能向左運(yùn)動(dòng)，左行波也可能向右運(yùn)動(dòng)。壓縮波波后壓力增加，密度增加。 稀疏波波后壓力減少，密度減少。左行波右行波壓縮波稀疏波復(fù)習(xí)：一維非定常連續(xù)流（等熵流）復(fù)習(xí)：一維非定常連續(xù)流（等熵流）audtdxaudtdxauaudtdxaudtdxaucrossoralongcont.12crossoralongcont

3、.12xtdx/dt=u+adx/dt=u-a物理平面 x-t圖audtdxaudtdxaucrossoralongcont.12xtdx/dt=u+axtdx/dt=u+axtdx/dt=u+axtdx/dt=u+au=0u0u0u0, u+a1: (du)非 (du)定 超聲速時(shí)非定常膨脹有利提高速度；M (du)定 亞聲速時(shí)定常膨脹有利提高速度；各種設(shè)備性能原理比較定常等熵與非定常等熵比較定常等熵與非定常等熵比較(1) 氣流速度比較氣流速度比較所有的風(fēng)洞噴管-定常等熵膨脹管風(fēng)洞-亞聲速非定常等熵膨脹,超聲速定常等熵膨脹膨脹管、壓縮管-非定常等熵膨脹（壓縮）各種設(shè)備性能原理比較定常等熵與非

4、定常等熵比較定常等熵與非定常等熵比較(2) 氣流凝結(jié)問題氣流凝結(jié)問題假設(shè)假設(shè): p0=5 kg/cm3, T0=300 K, N2, a0=350 m/sec 氣流膨脹到 M=5200.5201201150211144/2117.0,721/2TMTKTaMam sapMpmmHgum sp定常膨脹定常膨脹各種設(shè)備性能原理比較定常等熵與非定常等熵比較定常等熵與非定常等熵比較(2) 氣流凝結(jié)問題氣流凝結(jié)問題2002101175211176/21128.7,883/2TMTKTaMam sapMpmmHgum sp非定常膨脹非定常膨脹N2液化條件液化條件3146.9510Tup定常：定常： T=5

5、0K對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) pu=4.7mmHg50K. 凝結(jié)凝結(jié)非定常：非定常： T=75K對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) pu=580mmHg28.7mmHg， 或者說，或者說， p=28.7mmHg對(duì)應(yīng)凝結(jié)溫度對(duì)應(yīng)凝結(jié)溫度 T=57.1K75K. 不凝結(jié)不凝結(jié)非定常過程非定常過程不易發(fā)生凝不易發(fā)生凝結(jié)。結(jié)。各種設(shè)備性能原理比較定常等熵與非定常等熵比較定常等熵與非定常等熵比較(2) 總焓比較總焓比較2222111112222211212212111121iiiiiiauHhuMHHaaaaHMMaHM 定常膨脹總焓不變定常膨脹總焓不變0dHdhudu 非定常膨脹：非定常膨脹：初始(u=0)總焓為Hi, 當(dāng)?shù)乜傡蕿镠=h+1/

6、2 u各種設(shè)備性能原理比較定常等熵與非定常等熵比較定常等熵與非定常等熵比較02468100.81.01.21.41.61.82.02.22.4H/HiM B(2) 總焓比較總焓比較 理論上說，利用非定常等熵膨脹可以獲得更高性能的理論上說，利用非定常等熵膨脹可以獲得更高性能的高超聲速實(shí)驗(yàn)設(shè)備。高超聲速實(shí)驗(yàn)設(shè)備。i312iii11121,112.52,51d H HMdMMMH HH HMMH H 極小值，水槽水洞煙風(fēng)洞低速風(fēng)洞低速風(fēng)洞跨聲速風(fēng)洞超聲速風(fēng)洞常規(guī)加熱高超聲速風(fēng)洞高速風(fēng)洞特種高速設(shè)備流體力學(xué)常用設(shè)備流體力學(xué)常用設(shè)備特殊專用設(shè)備風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)Re數(shù)模擬高Re風(fēng)洞MalVlRe增加L, 全尺寸風(fēng)洞增加，壓力風(fēng)洞減少，降低T, 低溫風(fēng)洞高Re風(fēng)洞3 . 15 . 0025 . 018 . 0Re21,TvTqvNTvqTaTT ReqNT降低溫度的優(yōu)點(diǎn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)洞壁干擾洞壁干擾自適應(yīng)風(fēng)洞自適應(yīng)風(fēng)洞掃描閥A/D計(jì)算機(jī)新型線控制臺(tái)模型傳感器軸動(dòng)筒柔壁固壁風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)支架干擾支架干擾磁懸浮天平磁懸浮天平風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)第三章第三章 要點(diǎn)要點(diǎn)低速風(fēng)洞：低速風(fēng)洞：一維定常不可壓縮管流，擴(kuò)壓段的功能，風(fēng)扇的作用，能量比。高速風(fēng)洞