激波技术基本简介
第八讲 激波理论
第三节 等温管路的流动条件：有沿程摩擦损失、有加热、等截面的等温流动。
一、基本方程1、 连续性方程 m V =ρ2、 状态方程 RT p ρ=3、 等温方程 ρC p =4、 运动方程 022=++V D dL VdV dpλρ注：关于λ的分析1） 管材一定，故D /∆为常数；2） μ是T 的函数，由等温条件，故μ为常数； 3） 由连续方程，V ρ为常数。
结论：C VDVD===μρνRe ==> λ为常数。
二、等温流动的大压差公式1、 由连续性方程，有ρρ11=V V 2、 由等温条件，有 111V V p p ==ρρ 则有1211111121111p V p V p p V V V V ρρρρ=⋅=⋅=p 13、 大压差公式将运动方程通除22V ，可变形为0222=++D dLV dV Vdp λρ 将121121p V pV ρρ= 带入后积分，得到 0222121211211=++⎰⎰⎰dL D V dV pdp p V λρ ==> )ln2(1212112221DLV V p V p p λρ+=- 由于 DLV V λ<<12ln2，则有近似公式 DLp V p p λρ12112221=- 即有 DL RT V p D Lp V p p λλρ21112112121-=-=4、 质量流量G 的计算公式由于 121114,ρπρD G V RTp ==，可得到5221211222116DLRTG D L p V p p πλλρ==- ==> )(422212p p L R TD D G -=λπ三、等温管流的特性 1、 基本微分方程1） 运动方程022=++V D dL VdV dpλρ==> 02//2=++DdL p V p VdV p dp λρρ2） 状态方程ρρρρd T dT d p dp =+= 3） 连续性方程pdpV dV d =-=ρρ由以上三个式子，可导出0222=++-DdL kM V dV kM V dV λ ==> DdL kM kM V dV 2122λ⋅-=讨论：1、 当 12<kM 时，↓↑p V , 当 12>kM 时，↑↓p V ,2、 在管路上不能出现临界断面，kM 1≤；3、 计算流量时，须确认kM 1≤才有效；若出口断面kM 1>，只能按kM 1=计算；4、 kM 1=处的管长L 为最大管长。
超音速流与激波的物理原理及其应用
超音速流与激波的物理原理及其应用随着科技的进步，我们对于飞行器速度的需求越来越高，如何让飞行器飞行更快、更远以及更高，就成为了人们极为关心的问题。
而在这个问题的解决中，超音速技术便应运而生。
超音速是指物体飞行速度大于音速的状态，而音速就是空气中声音传播的速度，约为每秒340米。
在空气中高速飞行时，速度接近音速，空气就会出现瞬间压力减小、速度增加的现象，形成激波。
当速度大于音速时，激波就变成了一个不断随着物体向前传播的锐利前缘。
以飞机为例，当它以大于音速的速度飞行时，空气流过飞机翼面时会受到压力变化而形成激波，这些激波会向远离飞机的方向传播并造成空气的扰动。
激波的产生使得在物体周围的空气中形成高压区和低压区，压力的分布往往呈震荡状，这也称为激波流。
超音速流的物理原理，就在于控制这些激波的产生、传播和相互作用，以便最大限度地减少它们所产生的空气阻力和噪音，从而达到提高飞行速度的目的。
在超音速飞行中，激波对于飞行器的影响非常重要。
飞行器在高速通过空气时会产生大量激波，它们会叠加在一起，形成更强的激波，并传向远处。
这些激波所产生的压力波会大大增加飞行器的空气阻力和噪音，同时也会影响飞行器的稳定性与控制。
为了尽量减少这种影响，飞行器的设计师们采用了许多工艺来控制激波的产生与传播。
其中一个比较常见的做法是采用超声速流动的身体外形，让激波从飞机的前部经过，推到飞机后部，在飞机尾部形成更加柔和的排气状态。
这样可以降低空气阻力和噪音，并提高飞行器的速度和效率。
除此之外，超音速流技术还应用于医学、化学、材料科学和环境科学等多个领域。
例如，在医学方面，我们通常所说的超声波，就是运用超音速流动技术来产生的高频机械波，已经广泛应用于体内各部位的诊断和治疗。
在化学、材料科学和环境科学等领域中，超音速流动技术可以用来研究大气层中的化学反应、金属的熔化和凝固等过程，同时也可以用来清洗污染物排放源以及代替传统化学分离和分析方法等。
知识点16
3、正激波前后气流参数的关系
（1）正激波前后气流参数的关系
连续性方程：
1v1 2v2
动量方程：
1v1 (v2 v1 ) p2 p1
1
2
p1 v1
1 T1
v2
p2 2
T2
1
2
能量方程：
h1
1 2
v12
h2
1 2
v22
v2 , p2 , 2 ,T2 ——激波经过后的气体参数 v1, p1, 1,T1 ——激波经过前的气体参数
曲激波
波面与气流方向不垂直的曲面激波
2 正激波的形成和厚度
（1）正激波的形成
波前当地声 速
波后流速
波传播绝对 速度
波后压强
波后温度
第一道波 c1 dvg1 c1 p1+dp T1+d T1
第二道波 c’1 dvg1 +dvg2 c’1+dvg1 p1+2dp T1+d T1 +d T2
第三道波 c’’1 dvg1 +dvg2 +dvg3 c’’1+dvg1 +dvg2 p1+3dp T1+d T1 +d T2 +d T3
]
1 1
[
2
( (
1)Ma12 1)Ma12
]
1
(
2
1
Ma12
1)
1
1
Ma
2 2
2 ( 1)Ma12 2Ma12 ( 1)
膨胀波
定义：是气流在膨胀加速过程中气流速度逐渐增加， 而其它参数逐渐降低，但属连续变化的物理过程。 如超音速气流从喷管出口进入压力较低的气体介 质时，出现膨胀波。又称为不充分膨胀。
流体动力学中激波的数值计算分析
流体动力学中激波的数值计算分析流体动力学（fluid dynamics）是研究流体运动规律和流体力学基本原理的学科。
在流体动力学中，激波是一个重要而常见的现象。
它主要是由于在介质中传播的涡旋状扰动引起流体的瞬间压缩和加速所产生的。
激波的产生和传播过程具有复杂的动力学特征和现象，因此对其数值计算分析很具有研究价值，也对日常工程实践和科学研究具有非常重要的参考意义。
基本理论流体动力学中的激波通常采用守恒律方程组表示，主要包括质量、动量、能量等方程。
对于一维定常流动而言，常用的守恒律方程组包括Euler方程和Navier-Stokes方程等。
Euler方程是在假设流体为完全无黏的情况下得到的：$\frac{\partial \rho}{\partial t}+\frac{\partial (\rho u)}{\partial x}=0$$\frac{\partial (\rho u)}{\partial t}+\frac{\partial (\rho u^{2}+p)}{\partial x}=0$$\frac{\partial (\rho E)}{\partial t}+\frac{\partial (\rho uE+p u)}{\partial x}=0$其中，$\rho$是流体的密度，$u$是流体的速度，$p$是流体的压力，$E$是总能量（包括动能和内能），$x$是坐标。
数值计算分析为了研究和分析激波的产生和传播，需要对激波进行数值计算模拟。
数值计算分析的一般方法是将流动区域离散化成网格，并在每个网格上求解守恒律方程组。
常用的数值方法包括有限差分法，有限元法和有限体积法等。
有限差分法是一种将连续的微分方程转化为差分方程的数值计算方法。
在离散化过程中，需要将流动区域分成若干个网格，每个网格的参数通过有限差分来求取。
这种方法的优点主要有计算简单、过程易懂。
但是其精度受到网格大小和步长限制，精度难以提高。
激波效应的发现
激波效应的发现
当飞行器以超声速飞行时，飞行器对空气扰动的传播速度（波速）小于飞行器的飞行速度，结果使飞行器前面的空气受到突跃式的压缩，形成集中的强扰动（由无数微小压缩波叠加而成的），这时会出现一个压缩过程的界面，称为激波。
激波是弱压缩波叠加而形成的强间断波，带有很强的非线性效应。
经过激波，气体的压强、密度、温度都会突然升高，流速突然下降。
压强的跃升产生可闻的爆响。
如飞行器在较低的空域中作超声速飞行时，地面上的人可以听见这种响声，即所谓音爆。
利用经过激波气体密度突变的特性，可以用光学仪器把激波拍摄下来。
理想气体的激波没有厚度，是数学上间断面。
实际气体有粘性和传热性，这种物理性质使激波成为连续式的，不过其过程仍十分急骤。
因此，实际激波是有厚度的，但数值十分微小，只有气体分子自由程的某个倍数，波前相对超声速马赫数越大，厚度值越小。
图1为超声速战斗机飞行时的斜激波，图2为战斗机尾喷管出口的激波盘。
图一
图二。
《膨胀波与激波》课件
参考文献
• 相空航天、炸药爆破、声音传播 等方面有重要的应用价值。
膨胀波与激波的比较
• 膨胀波和激波在形成机制、类型和应用场景上存在区别，但也有相似点。 • 膨胀波主要应用于气体动力学领域，而激波则在航空航天以及炸药爆
破中得到广泛应用。 • 典型案例分析将探讨两种波的应用实例。
结论
通过本课件，您对膨胀波与激波的基本概念、形成机制、类型和应用场景有 了全面了解。同时，您也对它们的应用前景有了展望。
《膨胀波与激波》PPT课 件
膨胀波与激波的课程将带您深入了解这两种波的基本概念、形成机制、类型 以及应用场景。通过本课件，您将掌握对膨胀波与激波的理解与认识，以及 对它们应用前景的展望。
膨胀波与激波介绍
膨胀波
膨胀波是一种波动的能量传播形式，通过物质 排斥延伸自身，并向外扩散。
激波
激波是一种波动的能量传播形式，通过物质的 振动传播，并引起物质中的高压区域。
膨胀波
形成机制
当物体的速度大于声速时，会产 生膨胀波。
类型
膨胀波可以分为激进膨胀波、激 进缓慢膨胀波和迟滞膨胀波。
应用
膨胀波在气体动力学、激波引爆、 声速测量等领域具有广泛应用。
激波
1
形成机制
激波产生于物体受到超音速流体的影响，
类型
2
使流动速度剧烈变化。
激波可以分为正激波、负激波和射流与
球面激波。
力学冲击试验中激波和类行波的作用
力学冲击试验中激波和类行波的作用引言力学冲击试验是测试材料和结构在受到冲击负载时的性能和可靠性的重要手段。
在该试验过程中，激波和类行波是常见的冲击载荷形式。
本文将深入探讨激波和类行波在力学冲击试验中的作用。
激波的作用激波是一种高能量、高速度、高压强的冲击波。
在力学冲击试验中，激波起到了传递能量、产生高压强、快速加速和突变速度等作用。
形成激波的原因激波的形成是由于物体与外界介质的相对速度超过了声速。
在冲击试验中，激波通常由高速度撞击、爆破或气体压缩等方式产生。
激波的传递能量作用激波传递能量的过程可以使被测试物体的内部结构遭受瞬间的冲击，从而测试其材料的响应。
激波的高能量使得被测试物体在受到冲击载荷后发生形变和破坏。
激波的压力和加速作用激波产生的高压强可以模拟现实中的冲击负荷，对被测试物体进行应力分析。
同时，激波的加速作用会使物体经历快速的速度变化，用以测试材料和结构在高速运动中的性能。
激波的突变速度作用激波是由于速度的突变而形成的，因此具有突变速度的特点。
激波的突变速度可以用于测试材料和结构在快速加速和减速时的可靠性。
类行波的作用类行波是一种波动形式，在力学冲击试验中，类行波主要起到传递载荷、减缓冲击速度和分发载荷等作用。
传递载荷作用类行波是将冲击力传递给被测试物体的主要方式之一。
当类行波通过物体时，内部的应力和应变会发生变化，从而测试材料的强度和韧性。
减缓冲击速度作用类行波的传播速度较慢，相对于激波来说，能够减缓冲击的速度。
这对于一些对冲击速度较为敏感的试验来说非常重要，如材料的疲劳、碰撞和撞击试验等。
分发载荷作用类行波在传递冲击载荷的同时，也能够将该载荷分发到被测试物体的不同部位。
这有助于评估被测试物体在不同应力和应变条件下的性能差异。
结论在力学冲击试验中，激波和类行波起到了不同的作用。
激波主要通过传递能量、产生高压强、加速和突变速度等方式对被测试物体进行冲击。
而类行波通过传递载荷、减缓冲击速度和分发载荷等方式对被测试物体进行影响。
涡轮发动机基础知识—激波的产生和特点
➢超音速气流， ➢气流受到压缩
Ma 1
流过内凹物体外表面时受压缩
流经逆压梯度的压力场受压缩
激波的形成
强烈的压缩波
气流流过激波
有摩擦损失的 绝能流动
流速下降，静压升高 总压下降，温度升高，总温不变
目录
CONTENTS
1
激波的形成
2
激波的类型与特点
激波的类型
正激波
超音速气流遇到高压区或钝头物体时所产生的激波，如激波 的波面与气体流动方向相垂直
高速流动特点
• John Gay拍摄
1999年7月7日
• F/A 18-C Hornet 在航母附近低高度（75英尺）超音速飞行的场面
内容
Contents
一 高速气流流动参数变化 二 激波和膨胀波
一 高速气流流动参数变化
回顾
马赫数和压缩性的关系
M
a
扰动在空气中的传播速度就是音速。
一 高速气流流动参数变化
激波的产生
有限角度
激波
激波是超音速运动气体遇到阻滞所产生的的强压缩波
二 激波
2.激波的特点
激波的性质
减速增压
（静压增压程度取决于M1和激波角）
• John Gay拍摄
1999年7月7日
• F/A 18-C Hornet 在航母附近低高度（75英尺）超音速飞行的场面
二 激波
2.激波的特点
（静压增压程度取决于M1和激波角）
波后气流转折
（转折程度取决于M1和激波角）
激波损失
（波强越强，总压损失越大；波阻）
激波
激波的参数关系
朗金－雨贡纽公式
p2 ( k 1 2 1)( k 1 2 )1
第十章 膨胀波和激波
Rankine-Hugoniut关系式的重要性在于， 它对于任何激波都是正确的。
㈤激波关系之四——激波的熵增关系 按照
dS c p
1 dh TdS dp
因为V1=V2的解是平凡解，所以忽略掉，即得
V 1V 2 c cr
2
或者 1 2 1
把速度系数用M数代换掉，即得按马赫数 表示的关系。
㈢正激波的激波关系之二——波前波后气流参 数比与波前马赫数的关系
V2 V1 2 ( 1) M
2 1
1
p2 p1
2
1
M
2 1
1 1
1
2 1 2 1
★ ★
2 1
T2 T1
M M
2 2 2 1
( 1) M
2 ( 1) M
2
1
2 ( 1) M 1 1 ( 1)
1 M
2 1
2
M1
2 1
2
( M 1 1)
2
2 1
2 ( 1) M 2M
( 1)
M
2
* 2 p p k 1 a
k 1 k
1 1 . 365
因此气流偏转角为： M 2 M 1 8 3 30
4 30
[说明]拉瓦尔喷管的作用是依靠气流加速产生 推力的，当出口处产生膨胀时，表明气流在 喷管内膨胀不足，因此这个工作状态下，喷 管是损失掉能量了。常说这是喷管被截短了。
先来建立经过一条马赫线的偏转计算。 按照顺时针转角为负的原则，向下的转角 为 。把来流速度V沿着与马赫线垂直与相切 的方向进行分解。
膨胀波和激波一
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• 超音速气流流经每道压缩波时，气流速度减
慢．即气流M数减小，而且越往后气流M数
越小。根据扰动波角可知，波角 则越sin往1 1
后越大(参见图2—4—7 a中，
)，2 所1 M
以后面的波和前面的波就会互相重叠(各波
重叠点并不相同)，在离壁面一定的地方，
这些弱压缩波最后集中形成一条曲线激波
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• 由此可推知当超音速气流的压力 低p于1 外界环
境 流压 的力自喷时管，流p也出a 会时产，生若斜外激界波气压。例如超音速大气
于 体p气 对a 流气本流身产在生出一口 个截 压面 缩上 扰的 动压 ，力 这个，扰则动外与界气p2流气
逐一内折直壁相似，于是在管口处形成一道汇 交在一起的强压缩波——激波如图2-4-9所示。 气流通过该波时，减速增压，以至波后气流压 力等于外界压力 并向内转折角δ 。气流转折角
知
dA(M2 1)dC
A
C
此式具体推导过程见第五章。将(2—4—1)式代入上
式，得：
dC d
C M 2 1
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• 从而得膨胀波后速度增量关系式为,
dC C d
M2 1
• 根据动量方程,将 dpCd式C代入，得膨胀波
后压力增量关系式为，
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激波技术基本简介
我国北方寒冷地带，冬季采暖和夏季制冷除需要煤炭、石油、天然气之外，还需要消耗大量的电力来维持供暖、制冷的冷热交换，热力公司的换热站、宾馆饭店、办公写字楼等都需要使用大量的电力来维持冷热的交换，而用于进行热力交换的设备，目前常用的传统的泵—热交换系统是板式换热器、浮动盘管换热器和罐式换热器，这些换热装置普遍存在换热效率低、用电量高、占地面积大等弊病，如果对这些场所的设备进行改造，必将节约大量的用电费用，大大降低运转成本。
现行集中供热的闭合恒压循环系统、中央空调的冷、热水循环系统、冷却水循环系统、生活热水二次换热的循环系统都离不开循环泵。
传统循环泵的配置参数是按系统所供冷或热面积计算配置的，循环泵的参数是电机的功率、扬程、流量，其中流量与供冷、热面积成正比，扬程主要是指克服管网的阻力。
在保持水泵流量不变的条件下，扬程越高，需要克服系统阻力的动力就越大，所配电机的功率就越大，耗电也越多。
因此，如何做到在流量不变的情况下，增加循环泵的扬程，减小所配电机的功率，减少耗电，就成了目前闭合恒压循环系统节能的重要课题。
JQ型激波增压器简介
JQ型激波增压器是在射流原理的基础上，吸收了二十世纪八十年代俄罗斯著名科学家费森科教授的激波原理而设计。
JQ型激波增压器以流体力学为基础，通过合理的设计，在设备内部创造了一个马赫数大于1的条件，流速克服了音障而产生了压力激波。
其结果是：输出的流体压力极大地超过输入流体的压力，从而达到增压的效果，增加的压力可以替代原有系统的部分扬程，在循环系统中克服系统阻力。
在保持常规设计的循环泵流量不变的情况下，降低所配循环泵的扬程，从而降低所配备电机的功率，达到节能的效果。
专利号为：200620113502.6
JQ激波节能改造技术
JQ激波节能改造技术根据原系统的技术参数和运行工况，结合JQ激波增压器的工作原理和技术要求，利用设备增压的功能，并对原系统运行工况进行优化，在保证原系统安全、稳定、系统运行工况正常、室内温湿度满足舒适度要求的基础上，用激波增压系统替代原大功率水泵，达到节能省电目的。
●技术思路：
以改造后系统的安全性、稳定性为前提，以最佳运行工况，室内温湿度满足舒适度要求，以最合理能耗为指导原则，从影响激波节能技术改造效果最根本的四大因素（无功增压效率、管路阻抗、水泵运行效率、系统运行工况）入手，进行整体优化。
●技术组成：
激波节能改造技术由系统参数检测技术、系统分析诊断技术、系统优化改造技术、高效激波节能设备及相应的动态跟踪等四部分组成，也称“3+1”节能技术。
●技术措施：
管路不利因素整改+高效激波节能系统
激波节能系统包括：高科技专利产品JQ激波增压器、小功率循环泵、各类专用阀门及其他管道配件。
接在原系统循环泵输出口，在保证系统流量不减的情况下，利用激波节能改造系统有效克服系统阻力，替代原系统部分扬程，使循环泵所配电机的功率大幅下降，达到节约用电的目的。
高效节能：节电30%-70%
从项目前期业务接洽和咨询、现场检测和数据采集、项目系统分析与诊断、项目技术改造方案制定、项目合作协议签订、项目技术改造工程实施、项目节电效果测试与评估再到项
目售后服务全程一体化的节能技术改造服务。