广义地说，数字微波通信系统设备由用户终端、交换终端复用设备、微波站等组成，如图7-2所示。狭义地说，数字微波通信系统设备指微波站设备。微波站的基本功能是传输来自终端站、分路站、枢纽站和中继站的信号。配有交叉连接设备，除了可以在本站上、下收发波道的部分支路信号外，可以沟通干线上数个方向之间通信的微波站称为枢纽站。......
2025-09-29
热力学流体力学基础解析
【摘要】：总压p0是在等熵过程静止状态下的流体压力。但是，总压是以可逆绝热过程停止时获得的压力。图12-6 滞止状态动量守恒定律 加速或减速运动的所有流体与正常状态或非正常状态无关，任何状态下都满足牛顿第二定律。如果把式的作用力和速度以不是矢量的标量成分进行表示，x方向和y方向的动量守恒定律为角动量守恒定律 涡轮机构是流体改变旋转叶片的动量，相反旋转的叶片对流体做功，以提高流体压力的机械装置。
喷气发动机假设工质流体空气（或燃烧气体）为理想气体，且气体流动为正常状态，且把推进发动机的所有过程假设为理想气体正常流动来进行说明。
1.能量守恒方程
压缩器、燃烧器、涡轮的气体流动相关正常状态能量守恒方程为
式中，q、w分别为通过系统分界的热量和功，下标1、2分别表示系统的进口和出口。如果使用焓定义式h=u+pv，并忽略进口和出口的势能变化，上式可变化为
式中，V为工质流体速度。通常，压缩器、涡轮、喷管、扩散管内的气体流动假设为绝热过程（q=0）。
压缩功或涡轮功根据能量守恒方程（12.7）推导出
喷管或扩散管仅为工质流体的通道，如果忽略摩擦热，可以视为等焓过程，正常状态能量守恒方程根据式（12.7）可以推导出
或
2.总参数
总参数是说明可压缩性流动时表示气体状态的量，是流体以等熵过程（可逆绝热过程）减速到速度为0时的状态参数。总参数以下标0表示，分别以T0、p0、ρ0、h0表示总温、总压、总密度和总焓。使用总参数可以在说明压缩性流动时更为简便一些。
由正常状态能量式（12.9）可知，焓与动能项始终一起出现，可以把这两项组合为一项表示，即
式中，h0为总焓（Stagnation Temperature）；h为静焓（Static Temperature）。如果假设流体为质量热容为常数的理想气体，焓h可以用cpT代替，可以把式（12.10）表示为如下的温度相关式：
式中，T0为总温（Stagnation temperature），表示速度为0状态下的温度；V2/2cp为流体速度从V降低到0的过程中流体温度上升值，称为动态温度。在低速流动状态下，值较小，静温度T与总温T0相同。但是在高速流动状态下，利用固定传感器测量的温度（总温T0）比静温度T高很多，其差值就是动态温度。
总压p0是在等熵过程静止状态下的流体压力。根据等熵过程的状态方程式Tp（1-k）/k=常数的理论，理想气体的总压p0与静压（静压力）p之间的关系为
如果把压缩功或涡轮功w用总参数进行表示，根据能量守恒方程（12.8）可以更为简单地表示为
如果燃烧器中的加热量q用总参数表示，则从能量方程（12.7）可以推导出
q=h02-h01=cp（T02-T01） （12.14）
从式（12.13）和式（12.14）中可以得出，当没有热量和功的传递，总焓与总温保持一定值。
h01=h02或T01=T02
如果流体在端面积不均匀的管内流动会产生摩擦产生热量，使静温度发生变化，但总温不会发生变化。
总焓与总温是当流动停止时获得的焓和温度。但是，总压是以可逆绝热过程停止时获得的压力。因此，总压不同于总温，仅在没有热量和功传递的喷管和扩散管中的可逆绝热流动过程（等熵过程）中保持一定。总压的降低利用在流体摩擦尺度上。总压p0、总温T0可以在等熵过程的p-T线图上显示其状态参数，作为决定任意流体状态的热力学状态参数（性质）。
如图12-6所示，在T-s线图上同时显示了静态1与2之间压缩过程的总参数和静态参数。在图中点线表示理想过程（等熵过程），实线表示增熵的实际过程，数字上的上标撇（′）表示理想过程。因此，在状态1与2之间的压缩过程中，出口总压在理想过程中以02′表示，实际过程中因非可逆性成为点02。
3.动量、角动量守恒定律
喷气式原理是利用进气的空气动量变化获得推进力，动量守恒定律是解释涡轮喷气发动机的核心。(https://www.chuimin.cn)
图12-6 滞止状态
（1）动量守恒定律 加速或减速运动的所有流体与正常状态或非正常状态无关，任何状态下都满足牛顿第二定律。即，所有物体如果不受外力的作用或作用力的合力为0，物体保持恒定速度和以0加速度移动，如果合力不是0，则物体的加速度与作用力的大小成正比。
动量（线性动量）M是指质量m的物体以速度V运动，其定义为
M=mV （12.15）
把牛顿第二定律以动量的观点解释为
式中，左侧Fdt称为冲量；右侧d（mV）称为动量变化量。作用力F（或ΣF）和速度V以矢量表示，应注意其方向。此方程式表示动量随时间的变化率d（mV）/dt等于作用在物体上的作用力（外力）F，并且在任何方向施加的冲量Fdt等于动量变化量d（mV）。如果没有外力作用（F=0），则式（12.16）可以用下式表示。
d（mV）=mV2-mV1=M2-M1=0 （12.17）
M2=M1或mV2=mV1
这被称为动量守恒。
如果把式（12.16）的作用力和速度以不是矢量的标量成分进行表示，x方向和y方向的动量守恒定律为
（2）角动量守恒定律 涡轮机构（涡轮、压缩器）是流体改变旋转叶片的动量，相反旋转的叶片对流体做功，以提高流体压力的机械装置。这样的机械流体力学问题方面，转矩与角动量很重要。
角动量H定义为空间上以旋转中心O开始在位置r的地点位置半径r与线性动量M（=mV）之积。
H=r×M=r×mV （12.19）
对角动量进行微分可得
转矩（旋转力）τ定义为位置向量r与力矢量F（=mV）之积，根据上式对角动量的微分等于转矩。
式（12.20）表示外部作用转矩r等于角动量的变化量dH/dt。如果没有外部作用转矩（τ=0），从式（12.19）和式（12.20）可得
H2=H1或r2×mV2=r1×mV1 （12.21）
式（12.21）被称为角动量守恒。
如果把式（12.20）利用标量成分表示，可以表示为
涡轮机构以ω角速度旋转时，式（12.22）可以表示为
式中，τω相当于涡轮机构的动力
。在理想的离心泵中，流体的切线速度Vz与叶片的转速相同，因此Vz，1=ω1r1，Vz，2=ω2r2。把此公式代入到上式中，可得离心泵的转矩τ与动力
为
动力
在作用于流体上的转矩与旋转方向相同的压缩器中为负（-）值，转矩与旋转方向相反的涡轮中为正（+）值。这表示压缩器的驱动要从外部获得功，涡轮的驱动会对外部做功。因此，在压缩器中角动量增加，在涡轮中角动量减小。
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