1、三、三、特种设备特种设备原理：一维非定常等熵流、运动激波关系。原理：一维非定常等熵流、运动激波关系。J.Lukasiewicz:Experimental Methods of Hypersonics 第三章第三章 实验实验 装置装置特种高超声速设备特种高超声速设备管式炮风洞长射风洞Stalker管（风洞）激波管（风洞）活塞驱动器管风洞膨胀管（风洞）压缩管靶式弹道靶火箭车组合式逆流靶激波管+弹道靶原理：以一维非定常流为理论基础复习：一维非定常连续流（等熵流）复习：一维非定常连续流（等熵流）010 xpxuutuxuxut连续连续：动量动量：audtdxdtdudtdaxuautuxautaalo
2、ng00特征线特征线关系关系：audtdxaudtdxauaudtdxaudtdxaucrossoralongcont.12crossoralongcont.12简单波dx/dt=u+a 是右行波，气流从右方进入波面。dx/dt=u-a 是左行波，气流从左方进入波面。右行波也可能向左运动，左行波也可能向右运动。压缩波波后压力增加，密度增加。稀疏波波后压力减少，密度减少。左行波右行波压缩波稀疏波复习：一维非定常连续流（等熵流）复习：一维非定常连续流（等熵流）audtdxaudtdxauaudtdxaudtdxaucrossoralongcont.12crossoralongcont.12xtdx
3、/dt=u+adx/dt=u-a物理平面 x-t图audtdxaudtdxaucrossoralongcont.12xtdx/dt=u+axtdx/dt=u+axtdx/dt=u+axtdx/dt=u+au=0u0u0u0,u+a1:(du)非(du)定 超声速时非定常膨胀有利提高速度；M(du)定 亚声速时定常膨胀有利提高速度；各种设备性能原理比较定常等熵与非定常等熵比较定常等熵与非定常等熵比较(1)气流速度比较气流速度比较所有的风洞喷管-定常等熵膨胀管风洞-亚声速非定常等熵膨胀,超声速定常等熵膨胀膨胀管、压缩管-非定常等熵膨胀（压缩）各种设备性能原理比较定常等熵与非定常等熵比较定常等熵与非
4、定常等熵比较(2)气流凝结问题气流凝结问题假设假设:p0=5 kg/cm3,T0=300 K,N2,a0=350 m/sec 气流膨胀到 M=5200.5201201150211144/2117.0,721/2TMTKTaMam sapMpmmHgum sp定常膨胀定常膨胀各种设备性能原理比较定常等熵与非定常等熵比较定常等熵与非定常等熵比较(2)气流凝结问题气流凝结问题2002101175211176/21128.7,883/2TMTKTaMam sapMpmmHgum sp非定常膨胀非定常膨胀N2液化条件液化条件3146.9510Tup定常：定常：T=50K对应对应 pu=4.7mmHg50
5、K.凝结凝结非定常：非定常：T=75K对应对应 pu=580mmHg28.7mmHg，或者说，或者说，p=28.7mmHg对应凝结温度对应凝结温度 T=57.1K75K.不凝结不凝结非定常过程非定常过程不易发生凝不易发生凝结。结。各种设备性能原理比较定常等熵与非定常等熵比较定常等熵与非定常等熵比较(2)总焓比较总焓比较2222111112222211212212111121iiiiiiauHhuMHHaaaaHMMaHM 定常膨胀总焓不变定常膨胀总焓不变0dHdhudu 非定常膨胀：非定常膨胀：初始(u=0)总焓为Hi,当地总焓为H=h+1/2 u各种设备性能原理比较定常等熵与非定常等熵比较定
6、常等熵与非定常等熵比较02468100.81.01.21.41.61.82.02.22.4H/HiM B(2)总焓比较总焓比较 理论上说，利用非定常等熵膨胀可以获得更高性能的理论上说，利用非定常等熵膨胀可以获得更高性能的高超声速实验设备。高超声速实验设备。i312iii11121,112.52,51d H HMdMMMH HH HMMH H 极小值，水槽水洞烟风洞低速风洞低速风洞跨声速风洞超声速风洞常规加热高超声速风洞高速风洞特种高速设备流体力学常用设备流体力学常用设备特殊专用设备风洞实验的发展趋势风洞实验的发展趋势Re数模拟高Re风洞MalVlRe增加L,全尺寸风洞增加，压力风洞减少，降低T
7、,低温风洞高Re风洞3.15.0025.018.0Re21,TvTqvNTvqTaTT ReqNT降低温度的优点风洞实验的发展趋势风洞实验的发展趋势洞壁干扰洞壁干扰自适应风洞自适应风洞扫描阀A/D计算机新型线控制台模型传感器轴动筒柔壁固壁风洞实验的发展趋势风洞实验的发展趋势支架干扰支架干扰磁悬浮天平磁悬浮天平风洞实验的发展趋势风洞实验的发展趋势第三章第三章 要点要点低速风洞：低速风洞：一维定常不可压缩管流，扩压段的功能，风扇的作用，能量比。高速风洞：高速风洞：一维定常等熵流和正激波，超声速风洞的起动过程，第二喉道的作用，实现跨声速风洞的困难和跨声速风洞的特点，高超声速风洞的特点。特种设备：特种设备：一维非定常连续流和简单波，运动激波，激波管和激波风洞运行原理。
