理论教育 状态方程与理想气体特性分析

状态方程与理想气体特性分析

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过2.2.5 小节本构关系式的推导,我们去掉了控制方程组中的未知量τ ij。描述这两种关系的方程称为状态方程,即燃气射流动力学研究的气体通常处于温度足够高、压强足够低的工作范围内。这种情况下,可以认为流场中的气体是理想气体。

状态方程与理想气体特性分析

通过2.2.5 小节本构关系式的推导,我们去掉了控制方程组中的未知量τ ij。这样,还剩下ρ、 u x、 u y、 u z、 p、 ei 、 T7 个未知量。显然,还需要两个额外的关系式。

我们知道,对于一个处于热力学平衡状态的封闭系统,其温度T、压强p 和密度ρ 存在一定的关系。对于气体,这种关系尤为明显。此外,单位质量某物质的内能 ie 与该物质的压强p 和温度T 直接相关,一般情况下温度越高、内能越大。描述这两种关系的方程称为状态方程,即

燃气射流动力学研究的气体通常处于温度足够高、压强足够低的工作范围内。这种情况下,可以认为流场中的气体是理想气体。所谓理想气体包含两个层面。

一是热力学理想气体,即满足理想气体热力学状态方程:

燃气射流动力学研究的气体通常处于温度足够高、压强足够低的工作范围内。这种情况下,可以认为流场中的气体是理想气体。所谓理想气体包含两个层面。

一是热力学理想气体,即满足理想气体热力学状态方程:

其中,R 为气体常数,其与普适气体常数 uR 的关系为

其中,R 为气体常数,其与普适气体常数 uR 的关系为

二是热能理想气体,即理想气体的比内能只是温度的函数,对应的状态方程为(www.daowen.com)

二是热能理想气体,即理想气体的比内能只是温度的函数,对应的状态方程为

其中, Cv 为气体的定容比热;T 为温度,开尔文(K)。当 Cv 变化不大时,可以近似得到

其中, Cv 为气体的定容比热;T 为温度,开尔文(K)。当 Cv 变化不大时,可以近似得到

这样,我们就又建立了两个方程。现在,一共有7 个方程、7 个未知量,也就是说,流体力学控制方程组现在是封闭的。如果以ρ、 u x、 u y、 u z、 T作为待求解变量,并假设 C v为定值,则控制方程组可以表示为

这样,我们就又建立了两个方程。现在,一共有7 个方程、7 个未知量,也就是说,流体力学控制方程组现在是封闭的。如果以ρ、 u x、 u y、 u z、 T作为待求解变量,并假设 C v为定值,则控制方程组可以表示为

需要注意的是,理想气体仅仅是对真实气体在温度不太低、压强不太高的条件下的一种近似。实际上,热力学参数ρ,p ,T 之间的关系并非这样简单,气体的比内能 ei 也不仅仅是温度T 的函数,同时也是压强p 的函数。大家在今后学习各种模型时,要注意其适用范围。

需要注意的是,理想气体仅仅是对真实气体在温度不太低、压强不太高的条件下的一种近似。实际上,热力学参数ρ,p ,T 之间的关系并非这样简单,气体的比内能 ei 也不仅仅是温度T 的函数,同时也是压强p 的函数。大家在今后学习各种模型时,要注意其适用范围。

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