气体的流动

引　子

关于温度测量。生活中要测量房间的温度或窗口、通道的温度，只要将温度计放置在所测地点，直接读出即可。如果要测量通道或管道中高温高压高速流动的气体温度，可能会有两个测量结果。一个是将管壁打一个洞，把温度传感器直接插入管道中，可以获得一个温度测量值，这时温度计静止;另一个是温度计随气流运动，这时也可以获得一个温度测量值。这两个温度测量值是相同的吗?答案是否定的。这两个测量值是不同的。

其原因在于，生活中空气的流动是低速的，属于不可压缩流体流动。在不可压缩流体流动中，流体的密度和温度是不变化的，因此无论怎样测量，只能得到一个温度值。而气体在高速流动中，流体的密度、温度和压强相互之间发生变化，而且这三个变量也随流速的变化而变化。这就是说静止的温度计可以得到一个温度值，但这不是气流的实际温度。要得到真正的气流温度，必须将温度计随气流运动。这种流动属于可压缩流动。这种情况反映了可压缩流动的魅力和特点，是和我们日常生活经验不相符的。

飞机怎么没有声音。飞机在天上飞行时，大多数情况下可以听见飞机的声音，引起我们目睹飞机由远至近，又由近至远，远离我们而去。我们还发现，有一类飞机在较远时，没有声音，直到临近头顶或跨过头顶时，才开始听到声音。能老远听到声音的飞机，是以亚音速速度飞行的;开始听不到声音、到头顶才听到声音的飞机，是以超音速速度飞行的。

如果以动坐标分析飞机的飞行，则飞机不动，静止的气体则以飞机的速度流动。这时可以将前一类的飞行归为气体的亚音速流动，后一类的飞行归为气体的超音速流动。这两类流动都属于可压缩气体的流动。

前面几章讨论的是不可压缩流体的流动。可压缩流体流动的特点是流体的密度、温度变化很小，可以视为常数。除了通常情况下的液体流动以外，还有流速较低、压强变化较小的气体流动也可以假定为不可压缩流体流动。将流动假定为不可压缩流体流动，可以对许多流动问题进行简化分析和计算。

然而，当气体流速较高时，气体的密度和温度等参数将发生较大变化，明显影响流体的流动特性和热力学特性，如果以不可压缩流体流动的假定来描述这样的流动，将对实际情况产生较大的偏差。而且，流速越高，其偏差越大。因此对于较高流速的气流流动，必须将密度、温度作为变量，整个流动按可压缩流体来研究。

本章将讨论以气体为代表的可压缩流体的流动问题，即气体动力学问题。气体动力学主要研究气体等可压缩流体的运动规律及其在实际工程中的应用。

本章主要介绍气体动力学的一些基本知识，如微弱扰动在气体中的传播，音速和马赫数，可压缩流体的一维等熵定常流动，激波的特性，流体在变截面管内及各种喷管内流动的特性等。