(1)理想气体定常绝热连续流动中沿流线熵(s)不变。
证明:
在绝热、连续流动的条件下,理想气体质点沿迹线熵的变化率等于零,定常流动中,流线与迹线重合。因此,每一条流线上的熵值是常数。
(2)理想气体绝热定常流动沿流线http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/63.gif
证明:由能量方程http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/30.gif, 又由定常绝热右端两项和左端第一项都等于零,
因此有http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/32.gifn为流线参数,证毕。
(3)克罗科定理及其应用
定理:理想气体的绝热定常流动中,若质量力可忽略不计,在全流场有下式成立:
http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/254.gif
证明:由兰姆型方程出发
http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/255.gif
定常流中http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/259.gif,代入兰姆型方程可得:
http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/260.gif
http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/261.gif为总偿。
定义:熵值处处相等的流场称为均熵流场;总焓处处相等的流场称为均焓流场。对于均熵均烩的定常流动,由克罗科定理可得出以下推论:
①轴对称或平面流动中均熵均偿场必无旋。
均熵流场中http://hy.tsinghua.edu.cn/edu/document/fluid/BJ/bj9/image1/268.gif,也即流场是无旋的。应用克罗科定理还可以得到以下推论;
②定常三维理想气体的均焓无旋流动必均熵;
③定常三维理想气体的均熵无旋流动必均焓;
④非均焓的定常三维理想气体均熵流动必有旋;
⑤非均熵的定常三维理想气体均焓流动必有旋。
克罗科定理在理想气体的定常流动中有重要意义,利用它可以判断流场是否有旋。只要流场中存在总焓梯度或熵梯度,流动就有旋。又如,前面我们已证明:理想气体绝热定常连续流动中沿流线总焓和熵不变,如果二维理想气体绕流的来流速度、总烩和熵处处相等,则流场处处总烩和熵相等,即全场是均烩均摘的,因此流动是无旋的。这里流动连续是一项很重要条件,在高速气流中当气流速度超过当地声速时,可能产生激波,气体质点穿过激波时热力学状态发生突变,是不可逆过程,这时虽然气体质点是绝热的但它的熵将发生变化。因此定常超声速气流中有激波时,即使激波前流场是均熵无旋的,激波后流场可能是非均熵有旋的。
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