包含处理可压缩流的函数的包
gas-dynamics的Python项目详细描述
气体动力学
气体动力学方程，表格生成器，斜激波图生成器等等。请访问https://gas-dynamics.readthedocs.io/en/latest/gettingstarted.html#开始。在
pip install gas_dynamics
包括解决与可压缩流动有关的问题的函数，从停滞关系到根据变化确定马赫数 本地属性。可以为任何气体及其各自的比热比制作表格，以及关系图和图表。在
所有函数都包含一个指定流体的参数，以获得适当的比热比和气体常数。如果未指定流体，则默认参数为比热比为1.4、气体常数为286.9 J/kg K的空气。或者，如果要直接指定比热比和气体常数，则存在一个流体类来初始化流体及其属性，并跟踪单位。在
^{pr2}$生成一系列马赫数和给定气体的等熵流表。在
>>> from gas_dynamics.fluids import nitrogen
>>> gd.stagnation_ratios(range=[.1,5], step=.2, gas=nitrogen)
Isentropic Flow Parameters for γ = 1.4
M: 0.100 | P/Pt: 0.993 | T/Tt: 0.998 | A/A*: 5.822 | rho/rho_t: 0.995
M: 0.300 | P/Pt: 0.939 | T/Tt: 0.982 | A/A*: 2.035 | rho/rho_t: 0.956
M: 0.500 | P/Pt: 0.843 | T/Tt: 0.952 | A/A*: 1.340 | rho/rho_t: 0.885
M: 0.700 | P/Pt: 0.721 | T/Tt: 0.911 | A/A*: 1.094 | rho/rho_t: 0.792
M: 0.900 | P/Pt: 0.591 | T/Tt: 0.861 | A/A*: 1.009 | rho/rho_t: 0.687
M: 1.100 | P/Pt: 0.468 | T/Tt: 0.805 | A/A*: 1.008 | rho/rho_t: 0.582
M: 1.300 | P/Pt: 0.361 | T/Tt: 0.747 | A/A*: 1.066 | rho/rho_t: 0.483
M: 1.500 | P/Pt: 0.272 | T/Tt: 0.690 | A/A*: 1.176 | rho/rho_t: 0.395
M: 1.700 | P/Pt: 0.203 | T/Tt: 0.634 | A/A*: 1.338 | rho/rho_t: 0.320
M: 1.900 | P/Pt: 0.149 | T/Tt: 0.581 | A/A*: 1.555 | rho/rho_t: 0.257
M: 2.100 | P/Pt: 0.109 | T/Tt: 0.531 | A/A*: 1.837 | rho/rho_t: 0.206
M: 2.300 | P/Pt: 0.080 | T/Tt: 0.486 | A/A*: 2.193 | rho/rho_t: 0.165
M: 2.500 | P/Pt: 0.059 | T/Tt: 0.444 | A/A*: 2.637 | rho/rho_t: 0.132
M: 2.700 | P/Pt: 0.043 | T/Tt: 0.407 | A/A*: 3.183 | rho/rho_t: 0.106
M: 2.900 | P/Pt: 0.032 | T/Tt: 0.373 | A/A*: 3.850 | rho/rho_t: 0.085
M: 3.100 | P/Pt: 0.023 | T/Tt: 0.342 | A/A*: 4.657 | rho/rho_t: 0.069
M: 3.300 | P/Pt: 0.017 | T/Tt: 0.315 | A/A*: 5.629 | rho/rho_t: 0.056
M: 3.500 | P/Pt: 0.013 | T/Tt: 0.290 | A/A*: 6.790 | rho/rho_t: 0.045
M: 3.700 | P/Pt: 0.010 | T/Tt: 0.268 | A/A*: 8.169 | rho/rho_t: 0.037
M: 3.900 | P/Pt: 0.008 | T/Tt: 0.247 | A/A*: 9.799 | rho/rho_t: 0.030
M: 4.100 | P/Pt: 0.006 | T/Tt: 0.229 | A/A*: 11.715 | rho/rho_t: 0.025
M: 4.300 | P/Pt: 0.004 | T/Tt: 0.213 | A/A*: 13.955 | rho/rho_t: 0.021
M: 4.500 | P/Pt: 0.003 | T/Tt: 0.198 | A/A*: 16.562 | rho/rho_t: 0.017
M: 4.700 | P/Pt: 0.003 | T/Tt: 0.185 | A/A*: 19.583 | rho/rho_t: 0.015
M: 4.900 | P/Pt: 0.002 | T/Tt: 0.172 | A/A*: 23.067 | rho/rho_t: 0.012
M: 5.100 | P/Pt: 0.002 | T/Tt: 0.161 | A/A*: 27.070 | rho/rho_t: 0.010
绘制不同伽马的停滞关系与马赫数的关系。参数是马赫数范围、增量和气体列表。在
plot_stagnation_ratios(dark=False)
此外，绘图在暗模式下可用。在
plot_stagnation_ratios(dark=True)
所有停滞率都可用，例如： 将加速流动所需的面积比返回到M=3以及相应的滞止压力和温度比
>>> import gas_dynamics as gd
>>> A_Astar =gd.mach_area_ratio_choked(mach=3)
>>> A_Astar
4.23456790123457
>>> p_pt = gd.stagnation_pressure_ratio(mach=3)
>>> p_pt
0.027223683703862817
>>> Tt = gd.stagnation_temperature_ratio(mach=3)
>>> Tt
0.35714285714285715
>>>
对于滞止压力和滞止温度关系，如果提供三个必要参数中的两个，函数将返回缺失的参数。在
>>> pt = gd.stagnation_pressure(pressure=10, mach=1)
>>> pt
18.92929158737854
>>> M = gd.stagnation_pressure(pressure=10, stagnation_pressure=pt)
>>> M
1.0
>>>
>>> Tt = gd.stagnation_temperature(temperature=300, mach=1)
>>> Tt
360.0
>>> M = gd.stagnation_temperature(temperature=300, stagnation_temperature=Tt)
>>> M
1.0
还包括一些其他有价值的函数，用于计算阻塞流所需的流速或面积
>>> mdot = 5 #kg/s
>>> mdot_per_area = gd.mass_flux_max(1000000, 300) #units are in Pascals
>>> mdot_per_area
2333.558560606226
>>> throat_area = mdot / mdot_per_area
>>> throat_area #units are in meters squared
0.0021426503214477164
>>>
确定正常冲击前后的马赫数
>>> M2 = gd.shock_mach(mach=1.5)
>>> M2
0.7010887416930995
>>> M1 = gd.shock_mach_before(M2)
>>> M1
1.4999999999999998
>>>
使用生成冲击表
>>> gd.shock_tables(range=[1,2], step=.1)
Normal Shock Parameters for Air, γ = 1.4
M: 1.00 | M2: 1.0000 | p2/p1: 1.0000 | T2/T1: 1.0000 | dV/a: 0.0000 | pt2/pt1: 1.000000
M: 1.10 | M2: 0.9118 | p2/p1: 1.2450 | T2/T1: 1.0649 | dV/a: 0.1591 | pt2/pt1: 0.998928
M: 1.20 | M2: 0.8422 | p2/p1: 1.5133 | T2/T1: 1.1280 | dV/a: 0.3056 | pt2/pt1: 0.992798
M: 1.30 | M2: 0.7860 | p2/p1: 1.8050 | T2/T1: 1.1909 | dV/a: 0.4423 | pt2/pt1: 0.979374
M: 1.40 | M2: 0.7397 | p2/p1: 2.1200 | T2/T1: 1.2547 | dV/a: 0.5714 | pt2/pt1: 0.958194
M: 1.50 | M2: 0.7011 | p2/p1: 2.4583 | T2/T1: 1.3202 | dV/a: 0.6944 | pt2/pt1: 0.929787
M: 1.60 | M2: 0.6684 | p2/p1: 2.8200 | T2/T1: 1.3880 | dV/a: 0.8125 | pt2/pt1: 0.895200
M: 1.70 | M2: 0.6405 | p2/p1: 3.2050 | T2/T1: 1.4583 | dV/a: 0.9265 | pt2/pt1: 0.855721
M: 1.80 | M2: 0.6165 | p2/p1: 3.6133 | T2/T1: 1.5316 | dV/a: 1.0370 | pt2/pt1: 0.812684
M: 1.90 | M2: 0.5956 | p2/p1: 4.0450 | T2/T1: 1.6079 | dV/a: 1.1447 | pt2/pt1: 0.767357
M: 2.00 | M2: 0.5774 | p2/p1: 4.5000 | T2/T1: 1.6875 | dV/a: 1.2500 | pt2/pt1: 0.720874
斜激波图在解决流动偏转问题中非常有用，因此提供了斜激波图。为了得到更精确的解，在函数中嵌入方程求解器，以找到强激波解和弱激波解的精确值。在
gd.shock_oblique_charts()
>>> deflect = gd.shock_flow_deflection(mach=2, shock_angle = 22.5)
>>> deflect
-10.856560004139958
得到了流动偏转的强激波解和弱激波解
>>> shocks = gd.shock_angle(mach=2, flow_deflection = 10)
>>> shocks
[23.014012220565785, 96.29991962425305]
>>>
求解马赫数
>>> M = gd.shock_mach_given_angles(theta=22.5, dirac=10)
>>> M
3.9293486839798955
>>>
一些致谢
我要感谢Numpy、Scipy和Matplotlib的开发人员，感谢他们对Python科学计算的宝贵贡献。在
大多数函数都是由罗伯特D.祖克和奥斯卡·比布拉兹的《气体动力学》一书中的方程组成的。与高超音速流动有关的方程来自约翰·安德森的《高超音速和高温气体动力学》。在
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