非定常气体动力学.pdf

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书籍描述

内容简介
在现代气体动力学的研究中,非定常流动问题难度很大,物理现象复杂,一直是该领域的前沿内容。本书是关于气体动力学非定常流动问题的一部专著,全书分两篇12章,分别从一维、二维和三维非定常流动的重要特征入手,抓住了简单波、稀疏波、压缩波、激波、燃烧波以及爆轰波间相互作用的特点,注意分析涡量动力学在非定常气动力计算中的作用,探讨了脉冲激光推进技术的力学基础以及应用前景。书中还细致讨论了非定常流在航空动力设计、现代兵器的气动设计、飞行器气动布局和未来航天器研制中的应用。
本书也作为相关专业科研人员参考用书,也作为研究生学位课教材。

作者简介
王保国,1947年12月生,山东临清市人。1970年大学毕业后在国防科工委工作八年; 1978年考取中国科学院研究生院首届研究生。在中科院工作的16年间,获硕士、博士学位,并进行了3年半的博士后研究,于1993年荣获国家劳动人事部首届全国优秀博士后奖;并两次荣获中国科学院科技进步奖,为主要获奖人。

在清华大学任教授与博导的10年间,曾两次荣获清华大学教学优秀奖。2002年起以知名教授、学科带头人的方式由清华大学引进到北京理工大学任教,现任流体力学二级学科带头人。
1998年获英国剑桥杰出成就奖(Gold Star Award);2000年获美国Barons Who’s Who颁发的New Century Global 500 Award奖。他出版学术专著四部,发表论文180余篇,其中包括国际学报及国际会议(英文)67篇,被SCI、EI检索62篇。2007年被评为北京理工大学师德十大标兵,被评为第三届北京市教学名师。

目录
第一篇 基本理论与力学基础

第1章 广义气体动力学基本方程组3

1.1 经典气体动力学的Navier-Stokes方程组4

1.1.1 一般控制体及Reynolds输运定理4

1.1.2 一般控制体下流体力学的基本方程组4

1.1.3 Navier-Stokes方程组的守恒形式8

1.1.4 Navier-Stokes方程组的数学性质与定解条件9

1.2 非惯性相对坐标系中Navier-Stokes方程组12

1.2.1 绝对坐标系与非惯性相对坐标系间的转换关系12

1.2.2 绝对坐标系中叶轮机械Navier-Stokes方程组13

1.2.3 绝对坐标系中Navier-Stokes方程组的强守恒与弱守恒型14

1.2.4 相对坐标系中Navier-Stokes方程组及广义Bernoulli方程16

1.2.5 吴仲华的两类流面理论以及涉及转子焓与熵的气动方程组18

1.2.6 三维空间中两类流面的流函数主方程以及拟流函数法21

1.3 电磁流体力学的基本方程组及电磁对偶原理23

1.3.1 Maxwell电磁理论的普遍规律及其对称形式24

1.3.2 电磁场的标量势与矢量势以及Maxwell方程组的规范条件26

1.3.3 电磁流体力学的基本方程组及其守恒形式27

1.3.4 电流体力学与磁流体力学的基本方程组29

1.3.5 电磁对偶原理31

1.4 高温高速热力学与化学非平衡流动的基本方程组34

1.4.1 组元s的连续方程以及总的连续方程34

1.4.2 组元s的动量方程以及总的动量方程35

1.4.3 组元s的能量方程以及总的能量方程36

1.4.4 组元s的振动能量方程37

1.4.5 总的电子与电子激发能量守恒方程37

1.5 辐射流体力学及其基本方程组38

1.5.1 粒子以及中子的辐射输运方程39

1.5.2 光子的输运方程41

1.5.3 三维非定常辐射流体力学基本方程组43

1.6 气体动理学中的Boltzmann方程及广义Boltzmann方程44

1.6.1 Boltzmann方程的守恒性质及宏观守恒方程44

1.6.2 单原子分子、多组元气体的Boltzmann方程48

1.6.3 单组元、多原子分子、考虑分子内部量子数及简并度的
Boltzmann方程50

1.6.4 多组元、多原子分子的广义Boltzmann方程52

1.6.5 BGK模型方程52

1.6.6 小Knudsen数特征区的一些特点及其分析56

第2章 膨胀波、激波、燃烧波和爆轰波61

2.1 膨胀波、压缩波的形成及Prandtl-Meyer流动62

2.1.1 几个重要的概念与术语62

2.1.2 理想气体定常、等熵流动的基本方程组62

2.1.3 膨胀波与微弱压缩波的形成64

2.1.4 Prandtl-Meyer流动时的微分关系66

2.2 激波的性质及激波前后的参数关系68

2.2.1 驻激波的形成69

2.2.2 运动激波的形成70

2.2.3 激波间断面的动力学条件及激波性质72

2.2.4 激波前后的参数关系77

2.3 正激波与斜激波78

2.3.1 定常气体运动的固定正激波78

2.3.2 运动正激波79

2.3.3 斜激波83

2.4 激波、膨胀波的反射和相交88

2.5 超声速圆锥绕流及轴对称锥型流的求解92

2.5.1 锥型流以及超声速气流绕圆锥流动的基本方程92

2.5.2 轴对称超声速气流绕圆锥的流动及其求解94

2.6 超声速进气道的激波系以及排气喷管的波系分析97

2.6.1 超声速进气道的激波系分析97

2.6.2 排气喷管的重要作用及塞式喷管的波系分析101

2.7 压气机及涡轮中的激波与膨胀波102

2.7.1 超声速压气机叶栅中的流动104

2.7.2 任意回转面叶栅超声速进口流场中唯一进气角的确定107

2.7.3 涡轮叶栅中的气流流动及波系结构118

2.8 波的相互作用120

2.8.1 特征线在刚性边界上的反射121

2.8.2 膨胀波或压缩波在开口端处的反射122

2.8.3 等熵波之间的相互作用123

2.9 有间断面的一维非定常流动124

2.9.1 运动激波与驻激波之间的共性及重大区别125

2.9.2 运动正激波在静止气体中的传播129

2.9.3 激波的相互作用及接触间断面的计算131

2.9.4 初始间断的分解及Riemann问题的精确解法136

2.10 激波管问题的流动分析145

2.10.1 激波管各区流动的计算与分析145

2.10.2 获得较高试验温度与速度的途径147

2.11 气体动力突跃面的分类以及一维燃烧波的分析150

2.11.1 气体动力突跃面存在的条件与突跃面分类150

2.11.2 一维燃烧波分析以及C-J理论模型150

2.11.3 Rankine-Hugoniot曲线的分析152

2.12 爆轰波的ZND模型153


第3章 非定常无黏流的数学结构以及一维广义Euler流157

3.1 可压缩、无黏、非定常Euler方程组的数学结构157

3.1.1 可压缩、无黏、完全气体非定常流动基本方程组的数学结构157

3.1.2 一维非定常无黏流基本方程组特征值与特征方程160

3.2 守恒变量与原始变量基本方程组间的相互转换及特征分析161

3.2.1 双曲型方程组的左右特征矢量矩阵及特征标准型方程161

3.2.2 两类基本方程组间的相互转换及特征分析165

3.3 双曲型守恒律方程的弱解及熵函数、熵通量、熵条件168

3.3.1 熵函数与熵通量168

3.3.2 强间断以及接触间断面两侧参数间的关系170

3.3.3 典型模型方程的经典解170

3.3.4 单个守恒律方程及Oлейник 熵条件175

3.4 双曲型偏微分方程组初、边值问题的提法177

3.4.1 双曲型方程边界条件提法的一般性原则178

3.4.2 单向波动方程的初、边值问题的提法182

3.4.3 一维非定常Euler方程组初、边值问题的提法183

3.5 非定常一维均熵流动及分析184

3.5.1 均熵流动下的Riemann不变量185

3.5.2 初值问题的依赖域与影响区187

3.5.3 简单波区的性质及流动参数计算188

3.6 非定常非均熵一维流动及分析192

3.7 一维磁流体力学方程组及其特征值193

3.8 一维球面爆轰波问题的自模拟解195

第4章 非定常黏性流的数学结构以及一维广义Navier-Stokes方程组198

4.1 Navier-Stokes方程组的几种通用形式198

4.1.1 笛卡儿坐标系下守恒型基本方程组的微分形式 198

4.1.2 曲线坐标系下守恒型方程组的微分形式200

4.1.3 守恒方程组坐标变换的重要特点202

4.2 黏性项计算的一种简便方法207

4.3 黏性流体力学方程组的数学性质及定解条件210

4.3.1 一阶拟线性方程组分类的一般方法210

4.3.2 方程分类的实例(用一阶的方法)210

4.3.3 二阶拟线性方程组分类的一般方法及方程定解条件213

4.4 广义一维非定常流动的特征线方程和相容关系218

4.4.1 考虑摩擦、加热、添质效应的广义一维非定常流动218

4.4.2 广义一维非定常流动沿特征线的相容关系221

4.5 一维黏性热传导流体力学方程组223

4.6 考虑离子黏性的一维非定常辐射磁流体力学方程组224

4.7 非定常Navier-Stokes方程的一个精确解225

4.7.1 有运动边界的非定常流动——Stokes第一问题225

4.7.2 Stokes第一问题的解法226

4.7.3 流场涡量分析228

4.8 非线性Burgers方程的求解与分析230

4.8.1 Burgers方程的推导230

4.8.2 Burgers方程的求解232

4.8.3 Burgers方程解的讨论与分析233

4.9 KdV方程以及KdV-Burgers方程234

4.9.1 KdV方程及典型算例234

4.9.2 KdV-Burgers方程236

第5章 二维与三维流场的分析与数值计算方法240

5.1 三维定常与非定常速度势函数的主方程 240

5.1.1 等熵、定常、无黏流动的两个基本方程240

5.1.2 定常流动的速度势主方程241

5.1.3 非定常流动的速度势主方程241

5.2 定常/非定常流动时机翼与叶栅绕流的尾缘条件243

5.2.1 无黏流与黏性流动边界条件的数学处理概述243

5.2.2 不可压缩理想流体的保角映射方法245

5.2.3 Kutta-Жуковский假设及环量的确定248

5.2.4 非定常Kutta-Жуковский 条件251

5.3 跨声速流函数方法以及人工可压缩性252

5.3.1 三维空间中的两族等值面252

5.3.2 二维空间中的弱守恒型流函数方程及人工密度 252

5.4 二维与三维跨声速势函数方法254

5.4.1 两种形式的全位势主方程及AF2格式254

5.4.2 二维小扰动势函数方程的Murman-Cole格式及线松弛解法257

5.5 跨声速流场计算中的高效率、高分辨率算法260

5.5.1 高效率算法260

5.5.2 高分辨率算法以及Harten的TVD格式261

5.5.3 具有TVD保持性质的Runge-Kutta方法267

5.6 超声速流动的空间推进高效算法268

5.6.1 可压缩无黏与黏性气体基本方程组的数学性质及PNS方程268

5.6.2 隐式LU分解格式269

5.6.3 PNS方程的空间推进求解方法271

5.7 高超声速无黏流动分析277

5.7.1 高超声速小扰动方程及边界条件277

5.7.2 Mach数无关原理281

5.7.3 高超声速流的等价原理283

5.8 高超声速无黏流数值计算概述284

5.9 高超声速黏性流动分析286

5.9.1 驻点的层流边界层方程及热流计算286

5.9.2 激波与边界层相互干扰的数值计算291

5.10 高温效应以及高温无黏气体的平衡流与非平衡流动298

5.10.1 高温气体的性质及真实气体的概念298

5.10.2 非平衡态气体的振动激发与化学反应过程301

5.10.3 无黏高温平衡流304

5.10.4 无黏高温非平衡流306

5.11 高温黏性气体动力学的基本方程组以及求解过程309

5.11.1 高温黏性气体的基本方程309

5.11.2 高温非平衡黏性气体基本方程组的守恒形式311

5.11.3 高温非平衡黏性气体基本方程组求解过程的概述312

第6章 涡动力学中的主要方程以及非定常流的广义Kutta-Жуковский定理314

6.1 有旋流场及其一般性质314

6.1.1 流场一点邻域中流体运动的分析314

6.1.2 涡线、涡面与涡管315

6.1.3 涡管强度守恒定理316

6.1.4 速度环量的变化与加速度环量间的关系317

6.1.5 涡通量与速度环量间的关系318

6.1.6 流场的总涡量及其计算318

6.2 无旋流场及其一般性质318

6.2.1 单连通域中的速度势319

6.2.2 双连通域中的速度势319

6.3 给定流场的散度与涡量求速度场321

6.3.1 速度场的总体分解以及标量势、矢量势321

6.3.2 用标量势与矢量势耦合求解速度场324

6.4 Kelvin定理、Lagrange定理以及Helmholtz定理324

6.4.1 Kelvin定理及其所适用的三个条件324

6.4.2 Helmholtz涡量守恒定理326

6.4.3 Lagrange定理329

6.5 Bernoulli积分及其各种广义形式330

6.5.1 沿流线(或者涡线)的Bernoulli积分330

6.5.2 Cauchy—Lagrange积分331

6.5.3 非惯性系中的Bernoulli积分332

6.6 涡量、胀量与螺旋量的概念以及涡量场的空间特性336

6.6.1 涡动力学中的几个基本概念以及有关符号的定义336

6.6.2 涡量场的空间特性338

6.7 涡动力学中的几个基本方程339

6.7.1 涡量输运方程339

6.7.2 胀量输运方程340

6.7.3 流体在边界上的变形与涡量分析340

6.7.4 总螺旋量方程与总涡量演化方程341

6.7.5 边界涡量生成率以及相关分析342

6.7.6 导数矩变换中的几个基础数学公式343

6.8 Navier-Stokes方程的Stokes-Helmholtz分解344

6.9 总拟涡能的演化方程347

6.10 非定常可压缩黏流对壁面产生的作用力与力矩348

6.11 非定常黏流对壁面产生流体作用力的机理349

6.12 非定常可压缩黏流的广义Kutta-Жуковский定理353

第7章 激光维持燃烧波和爆轰波的气动力学分析以及推力形成机理358

7.1 激光与靶材相互作用的物理力学基础358

7.2 激光维持的燃烧波368

7.3 激光维持的爆轰波370

7.4 爆轰波的性质以及激光维持爆轰波的稳定传播条件373

7.5 激光维持爆轰波问题的一维和多维解法以及典型流场分析375

7.6 爆轰波流场对平板的冲量耦合作用以及典型算例384

第8章 可压缩湍流模型以及非定常流场的高分辨率高效率算法392

8.1 数值解的精度与耗散、色散行为间的关系393

8.2 物理尺度、激波厚度、湍流结构与网格尺度间的关系394

8.3 基于Favre平均的可压缩湍流方程组395

8.4 可压缩湍流的大涡数值模拟及其控制方程组397

8.5 RANS与LES组合的杂交方法399

8.6 关于RANS,DES以及LES方法中νT的计算401

8.7 可压缩湍流中的k-ω模型402

8.8 RANS计算与DES区域分析相结合的高效算法及其应用404

8.9 非定常流的高分辨率高效率算法以及处理策略418


第二篇 工程应用与研究进展

第9章 考虑非定常影响时叶轮机械气动设计以及流动失稳问题437

9.1 航空发动机发展的现状以及2030年航空发动机发展的预测437

9.2 航空发动机研制中的几项关键技术440

9.3 对转风扇的气动设计与特性分析441

9.4 尾迹与下游叶片边界层作用的近似模型449

9.5 叶轮机械中旋转失稳边界的预测及典型算例451

9.6 压气机叶顶间隙泄漏流以及发生失速先兆的条件 456

第10章 现代飞行器的非定常大迎角气动分析以及优化设计458

10.1 推动飞机发展与进步的科学大师和设计家458

10.2 喷气战机的现状和发展趋势463

10.3 现代战机气动布局的空气动力学基础467

10.4 现代战机气动布局的涡动力学基础470

10.5 推力矢量化以及隐身技术472

10.6 现代飞行器的多学科多目标优化474

第11章 现代兵器科学中的非定常流动以及湍流多相燃烧问题489

11.1 现代航空武器装备的简介及其发展趋势490

11.2 火炮膛内非定常多相燃烧基本方程组492

11.3 火炮膛口流场的结构以及二次焰点燃现象506

11.4 单相与两相可压缩湍流燃烧的大涡模拟技术512

11.5 制导兵器中横向喷流导致的气动干扰现象以及快速控制技术519

第12章 航天探索、能源利用以及激光推进技术的新进展523

12.1 航天探索的新发展523

12.2 能源利用的新发展526

12.3 激光推进技术的新发展528

参考文献537

索引557

序言






非定常流动是指流动状态随时间变化的流动,而不随时间变化的称为定常流动。在自然界中非定常流动是最普遍存在的流体运动形式。

飞机飞行时若迎角超过一定范围,气流会在机翼吸力面分离,而分离流往往是非定常的。特别对于现代战斗机,大迎角机动飞行在进攻和防御中都是不可缺少的,具备这种能力是现代先进战机的重要标志。随着迎角增大,气流分离现象更加严重,往往导致飞机发生抖振和失控现象。要解决这些问题就必须对非定常流动特性进行深入研究。

各种燃气轮机的压气机和涡轮通道中,转子与静子叶片排的交替排列使得流场具有固有的非定常性。在此背景框架下,进口流场畸变、旋转失速、喘振、颤振、二次流、叶尖泄漏流、分离流、转捩、尾迹、不同尺度的旋涡,以及几乎充满整个流动空间的湍流等各种非定常流动现象更加复杂。

非定常性进一步增加了气动力学的复杂性和难度。针对非定常性,数学家进行了大量研究,得到了一些深刻反映非定常物理特征的结果,深化了人们的认识,很有教益。尽管非定常项本身不是非线性,但描写非定常气动力学物理现象的却是非定常非线性偏微分方程组,对于这样的数学问题,至今未能得到一般情况下的解析解,而且至今也看不到从理论上根本解决这些问题的前景。不断提高产品质量的客观需求不能等待科学问题的彻底解决,于是采用了两条途径:一是简化数学问题;二是依靠试验研究,这两者紧密结合、相互补充,取得了惊人的成就。

简化数学问题主要是非定常问题定常化,即用各种方法将非定常问题近似为定常问题。例如,将非定常偏微分方程(组)对时间积分,消去时间项,成为定常方程(组);也可以采用其他假设,简化为定常方程(组)。应当指出,过去几十年,压气机和涡轮的产品性能得到了非常大的提高,而工程设计的手段都是基于各种简化的定常设计体系,而且至今这仍是世界先进国家所采用的基本体系。当然,这些体系都是以大量试验数据为支撑的。尽管定常体系取得了巨大的成就,但毕竟没有反映真实流动的全部信息,有一定局限性。这正是本书的出发点。特别是随着数值技术的进步,人们做出了很大的努力,力求利用CFD的方法,在设计体系中引入非定常的因素,并已取得可喜的进展。

依靠试验研究处理非定常问题,是基本的有效途径。最典型的成功例子是Calming效应。剑桥大学针对上游叶排尾迹对下游叶排扫掠的作用,经过大量深入细致的试验研究发现,在非定常尾迹作用下,边界层的转捩过程与定常边界层有明显不同,充分利用湍流斑镇静区(Calming Region)的特性可以既延缓分离,又得到高效率。利用此技术,在低雷诺数条件下,可使得低压涡轮在效率不降低甚至略有提高的情况下,气动负荷提高30%~40%。此技术已成功应用于多种航空燃气涡轮发动机上。

鉴于非定常流动现象的普遍性和工程应用的重要性,本书从现代航空、航天、动力与工程热物理以及兵器科学与技术中,抽取其中的非定常流动问题并针对流动中所发生的基本物理现象和流动作用的机理进行阐述,力求使读者对问题有一个较全面的了解与认识,使读者能够掌握书中所讲述的基本理论和基本方法,并为进一步开展这方面的科学研究指明方向。该书的出版进一步充实、加强了空气动力学领域中的非定常部分,对空气动力学本身也是非常有意义的。本书的五位作者来自两所国家级重点高校(北京理工大学、北京航空航天大学)和两个国家级科研机构(中国科学院上海高等研究院、中国航空研究院),他们率领着五个学术研究团队,其研究领域涵盖了航空、航天、动力工程与工程热物理以及兵器科学与技术的多个学科。他们实行强强联合、优势互补的合作模式,具有很好的多学科融合性。这种合作的模式,有利于理论分析与工程实践之间的密切结合,有利于多个学科之间的交叉、碰撞与激励,有利于写出一本好书,值得推广。本书凝聚了作者们多年来的研究成果与实践经验,是一本学术水平高、系统性强、密切联系实际的好书,对读者很有启示和教益。相信本书的出版,对非定常气体动力学的研究会产生积极的推动作用。




2013年9月18日

非定常气体动力学
前 言
前 言




这是一部气体动力学非定常问题的专著,全书分两篇12章,始终坚持重基础、重应用和少而精的基本原则。目前,阐述从一维、二维到三维非定常流动的重要特征,研究从内流到外流的流动性质,描述从简单波、稀疏波、压缩波、激波、燃烧波到爆轰波间相互作用的特点,分析涡量动力学在非定常气动力计算中的重要作用,探讨激光推进技术的力学基础,讨论非定常流动在航空动力设计、飞行器气动布局、未来航天器研制以及在现代兵器设计中应用的书籍实为少见,从这个意义上讲,这部专著弥补了国内这方面出版的缺憾。

长期工作在教学与科研第一线上的五位作者,分别来自北京理工大学宇航学院、北京航空航天大学能源与动力工程学院、中国科学院上海高等研究院和中国航空研究院新技术研究所,他们都是这个领域中不同部门的学术带头人,曾发表过百余篇学术论文,出版过多部专著与教材,具有较丰富的科研与写作经验。本书第一作者王保国教授荣获北京市教学名师称号,出版专著与教材12部,而且全部为第一作者,其中已出版的《流体力学》(机械工业出版社)、《空气动力学基础》(国防工业出版社)、《气体动力学》(原国防科工委五院校出版社)、《工程流体力学(上、下册)》(科学出版社)、《高超声速气动热力学》(科学出版社)、《稀薄气体动力学计算》(北京航空航天大学出版社)、《高精度算法与小波多分辨分析》(国防工业出版社)、《叶轮机械跨声速及亚声速流场的计算方法》(国防工业出版社)、《传热学》(机械工业出版社)、《安全人机工程学》(机械工业出版社)、《人机环境安全工程原理》(中国石化出版社)、《人机系统方法学》(清华大学出版社)等涉及流体力学学科、工程热物理学科以及航空宇航一级学科中人机与环境工程学科,涉及高速飞行器、动力机械以及喷气推进装置的气动布局与气动设计,涉及航天器的高超声速再入飞行问题以及热防护与热安全,涉及微观物理与宏观力学之间的交叉与结合,涉及物理力学与工程力学问题的融合与统一。上述书籍的写作与王保国教授在中国科学院力学研究所和工程热物理研究所长达16年、在清华大学力学系长达10年以及在北京理工大学宇航学院长达10年的工作经历紧密相联。另外,王保国教授有许多社会学术兼职,他连续两届担任中国人类工效学学会副理事长(2008-2016年)、长期担任人机工程专业委员会主任(自2003至今);另外,从2003年至今还一直担任中国系统工程学会人—机—环境委员会副秘书长等。2011年10月22日在北京召开的“隆重纪念伟大科学家钱学森诞辰100周年暨人—机—环境系统工程创立30周年大会”上授予王保国教授终身成就奖并颁发证书(本次全国大会两名获奖人之一)。此外,有一点还应说明:山东临清是京剧之乡,也是国学大师季羡林先生的故乡,因此王保国教授自幼喜爱中国京剧(虽不是京剧名票,但自5岁开始听戏至今)并受益极大,从中学会了做人、做事、做学问,学会了为人忠厚、懂得感恩,深知百善孝为先的人生道理;他自幼立志以季羡林先生为榜样,具有学习刻苦认真、一丝不苟的基本素质;深刻理解了苦练基本功、举一反三、融会贯通做学问的基本道理。正是这些基本素质和基本道理,促使王教授写出了上述12本专著与教材。这些著作深刻与准确地反映了他在从事航空发动机气动设计、飞行器气动布局与高超声速再入热防护、载人航天器人机系统评价与分析三个涉及国防建设的重要前沿科学领域中,40多年学术研究与辛勤耕耘的丰硕成果;体现了他作为学术带头人,在工程热物理、航空航天、人机与环境工程这三个不同学科但又密切联系的交叉学术前沿领域中,潜心专研、勇于探索、一丝不苟、严谨求实的优良学风。本书第二作者高歌教授是1984年国家发明一等奖、首届航空金奖和首届国防科工委光华特等奖的获得者,是GAO-YONG理性湍流理论的创始人;他提出与设计的沙丘驻涡火焰稳定器是我国近年来在喷气推进技术上的重大发明之一,1985年2月国家最高领导人在中南海接见了高歌教授和宁榥先生,并合影留念;他于1980年在科学出版社出版的《燃烧室气动力学》一书一直作为航空航天动力专业高年级学生及研究生的重要指导性著作;近年来,他出版的《兰星科技畅想》和《宇宙天演论》深受国内外读者们的欢迎。本书第三作者黄伟光先生现任中国科学院上海高等研究院副院长、研究员,曾任中国科学院工程热物理研究所所长以及国家重点基础研究发展(“973”计划)项目首席科学家,曾两次荣获国家科技进步二等奖,一次荣获国家自然科学二等奖,著有《气体动力学》、《高超声速气动热力学》和《人机环境安全工程原理》;兼任《航空学报》与《工程热物理学报》编委、《Journal of Thermal Science》杂志主编;另外,兼任北京理工大学特聘教授。本书第四作者徐燕骥博士是20世纪80年代毕业于清华大学热能系的优秀学子,大学毕业后一直在中国科学院工程热物理研究所和中国科学院上海高等研究院从事气动热力学以及新型能源动力的研究,他是中国科学院上海新喆机电技术的总负责人、学术带头人。本书第五作者闫文辉博士,在北京航空航天大学接受的长达9年的本科和研究生系统教育,打下了坚实的理论基础;在美国著名大学的留学经历开阔了眼界,增强了从事科学研究的活力;他是中国航空研究院新技术研究所的高级工程师,是一位年轻的学术新秀。五位作者紧密合作、共同完成了这部多学科交叉、紧紧贴近气体动力学前沿的学术著作。

五位作者十分感谢卞荫贵先生、吴仲华先生、宁榥先生、陈乃兴先生、陈懋章院士、童秉纲院士、朵英贤院士、徐更光院士、顾诵芬院士和陶文铨院士对研究工作的长期关心与支持。另外,感谢五位作者所在团队人员的共同努力和不懈的工作。此外,还向书中参考文献里所列出的作者们与同仁们表示感谢。在本书出版期间,得到了北京理工大学出版社罗勇总编、樊红亮副社长以及编辑尹晅的大力支持与帮助,正是他们的敬业精神才使得本书得以如期出版,我们表示感谢。尤其令五位作者非常感动并深受教育的是,陈懋章院士那种一丝不苟的敬业精神和对晚辈那份关爱与热情,也体现在为本书写序的过程中。为给本书写序,先生在百忙之中,占用了整整一个星期的宝贵时间。他首先认真审阅了该书的详细目录、写作大纲和整体框架以及全书的重点章节,而后在此基础上动手写序。为了准确与充分地给读者表达书中的内容,陈先生反复推敲序中的用词、用字以及序中的内容,并与我们多次当面或电话沟通。序的电子稿,我们曾收到过四稿,这种办事认真负责的敬业精神深深地教育了我们。同样,陈懋章院士的这种严谨学风也体现在他的著作与他发表的文章中。他的《黏性流体动力学基础》(高等教育出版社,2002年)概念准确、论述严谨,是我们业内公认的打好专业基础的必读教材;他的《黏性流体动力学理论及紊流工程计算》(北京航空学院出版社,1986年)是我们当时学习湍流工程算法的最宝贵教材,也是当时最贴近工程计算的工具书,深得专业工程技术人员的欢迎。他发表的《压气机气动力学发展的一些问题》(《航空学报》,1985年)、《中国航空发动机高压压气机发展的几个问题》(《航空发动机》,2006年)、《叶轮机气动力学研究及其发展趋势》(《航空百年学术论坛》,2003年)、《中国压气机基础研究及工程研制的一些进展》(《航空发动机》,2007年)、《大涵道比涡扇发动机风扇/压气机气动设计技术分析》(《航空学报》,2008年)、《风扇/压气机技术发展和对今后工作的建议》(《航空动力学报》,2002年)以及《风扇/压气机气动设计技术发展趋势——用于大型客机的大涵道比涡扇发动机》(《航空动力学报》,2008年)等,这些极为重要的文章及时地为我国从事航空发动机研制的高等学校、研究院所以及工程技术人员指明了方向,为我国航空发动机关键部件压气机与涡轮的研究与研制引领了前进的方向。这里必须指出的是,航空发动机对一个国家的安全至关重要。航空发达国家都把发动机作为优先发展的技术列入国家或国防关键技术计划,并且严格禁止向别国转让。世界上能够自主设计与生产航空喷气发动机的也仅有少数几个国家,因此航空发动机的研制关系到我国国防的安全。我国需要一批像陈院士这样敬业的科学家和工程师去发展我国的航空事业,我国更需要成千上万的学子们能够热爱祖国的航空、热爱祖国航空发动机事业的发展、热爱祖国的国防事业,陈懋章院士为我们树起了人生楷模。

本书主要内容已在北京理工大学博士生《高等计算流体力学》学位教材中讲过多届,同学们反映较好。该书可作为研究生学位教材,也可作为相关专业科技人员的参考书。由于五位作者水平有限,书中的错误和不妥之处,敬请读者批评指正;还可通过Email:bguowang@163.com与我们联系,共同探讨。



作 者
2013年9月28日

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