本书针对热流体学集成应用的特点，将气流与液流的非定常流动问题在统一的体系中进行阐述，以适应当代内燃机工程研究工作的需要。此外，就作者从事教学和科研工作的体会，气流和液流的一维非定常流动问题，既有同一的理论基础和相似的分析方法，又各有特色。本书的前6章系统介绍了一维定常和非定常流动的基本原理和数值计算方法，着重分析了由非定常流动激发的压力波传播、特征线法原理以及各种类型边界的解析方法。第7、8两章则专题分析了内燃机空气系统（包括进、排气系统和增压系统），以及柴油机高压燃油喷射系统内，由压力波传播所引起的各种工程实际问题，其中也包含了作者所在教研室的相关研究成果。

内燃机气、液流体系统中的一维非定常流动对内燃机的性能影响很大。本书从应用基础理论与工程相结合的角度，对此作了全面论述。除理论阐明一维定常与非定常流动的基本原理与数值计算方法外，着重分析了由非定常流动激发的压力波的传播、特征线法原理以及各种类型的边界问题，并专题讨论了内燃机的空气系统（进、排气系统和增压系统）及柴油机高压燃油喷射系统内压力波传播所引起的各种工程实际问题。

本书是清华大学汽车工程系多年来从事内燃机一维非定常流动教学与科研工作的系统总结。本书既可用做汽车工程、动力机械与工程等专业的本科生和研究生热流体学加强课程的教材或教学参考书，也可供有关专业人员从事科研、开发工作时参考。

第1章 绪论1

1.1研究内燃机一维非定常流动的意义1

1.2内燃机一维非定常流研究概述3

1.2.1气流研究领域3

1.2.2液流研究领域5

1.3解析内燃机流动的思路与方法7

1.3.1明确所需求解的问题7

1.3.2确定分析对象与方法7

1.3.3解析思路与步骤9

第2章 热流体一维流动理论基础11

2.1基本假设11

2.1.1真实管流向一维流动的简化11

2.1.2不同条件下物理模型的修正与处理13

2.2基本方程通用式与输运方程13

2.2.1定质量系统基本方程的通用表达式14

2.2.2输运方程与开口系统基本方程通用表达式15

2.2.3影响一维管流物理量变化率的因素16

2.3连续方程19

2.4动量及动量矩方程20

2.4.1动量方程20

2.4.2弯管中流线法向的动量方程23

2.4.3动量矩方程25

2.5能量方程与熵方程27

2.5.1能量方程27

2.5.2熵方程31

2.6声速方程与激波方程31

2.6.1流体的可压缩性与压力扰动的传播32

2.6.2声速与声速方程34

2.6.3激波与激波方程37

2.7状态方程与气体状态参数间的换算关系39

2.7.1理想气体的状态方程39

2.7.2状态参数间的换算关系40

第3章 可压缩一维定常流动43

3.1可压缩一维定常流基本方程组43

3.2特征参数与质量流量系数45

3.2.1滞止状态与滞止参数45

3.2.2临界状态与临界参数46

3.2.3最大速度状态48

3.2.4用马赫数表示各种状态下的参数48

3.2.5质量流量与质量流量系数50

3.3绝热等熵管流53

3.3.1绝热等熵定常管流的流动特征53

3.3.2变截面管流动分析与喉口壅塞现象55

3.4等截面绝热摩擦管流57

3.4.1以马赫数表示的基本关系式及状态参数的变化规律57

3.4.2最大管长及沿程气流参数的计算60

3.4.3摩擦壅塞现象62

3.5等截面无摩擦有热交换的定常管流64

3.5.1以马赫数表示的基本关系式及状态参数的变化规律64

3.5.2热交换管中的气流参数计算66

3.5.3热壅塞与最大比加热量68

第4章 可压缩一维非定常流动与特征线法70

4.1基本方程组及其解法70

4.1.1偏微分方程组70

4.1.2基本方程组转化为特征线方程组71

4.2小扰动压力波在管内的传播73

4.2.1压力单波在管内的传播73

4.2.2压力单波的分类74

4.2.3非定常管流中压力波的合成、分解与反射77

4.2.4压力单波的微分值与积分值80

4.3微波的解析解与特征线解原理81

4.3.1微波管流的解析解81

4.3.2微波管流的特征线解83

4.3.3解析解与特征线解的对比87

4.4有限小扰动波的特征线解原理88

4.4.1气体绝热均熵管流有限小扰动波的特征线解88

4.4.2广义非定常管流有限小扰动波的特征线解92

4.5特征线数值解与黎曼不变量95

4.5.1黎曼不变量96

4.5.2特征线的数值解98

4.5.3微波管流的黎曼不变量99

第5章 边界与边界条件方程101

5.1边界分类及变量与方程的无量纲化101

5.1.1边界的分类101

5.1.2变量与方程的无量纲化103

5.2封闭端与开口端106

5.2.1封闭端（等速端）106

5.2.2出流开口端（出流等压端）108

5.2.3入流开口端110

5.3孔口出流端113

5.3.1液流的孔口出流端113

5.3.2气流的孔口出流端114

5.4孔口入流端119

5.4.1液流的孔口入流端120

5.4.2气流的孔口入流端120

5.5完全边界图与边管联合求解128

5.5.1广义黎曼不变量128

5.5.2完全边界图130

5.5.3边管联合求解131

5.6共同边界流与多管接头132

5.6.1共同边界流的处理方法132

5.6.2多管接头的边界问题134

5.7管内熵间断面142

5.7.1压力波在熵间断面上的反射与透射142

5.7.2反射、透射现象的物理实质144

第6章 可压缩一维非定常流动有限差分法146

6.1有限差分法的基本步骤146

6.1.1建立数学模型147

6.1.2网格划分及方程离散化147

6.1.3差分方程的建立148

6.2有限差分近似理论151

6.2.1收敛性151

6.2.2相容性152

6.2.3稳定性152

6.2.4收敛性与稳定性的关系153

6.2.5稳定性的傅里叶分析法154

6.3方程的数学性质与定解条件155

6.3.1方程的数学性质155

6.3.2依赖域与影响域156

6.3.3方程的定解条件158

6.4常用差分格式160

6.4.1迎风格式160

6.4.2LaxFriedrichs格式160

6.4.3双曲型方程的C.F.L条件162

6.4.4跳步格式163

6.4.5LaxWendroff格式163

6.4.6利用特征线构造差分格式165

6.4.7隐式差分格式166

第7章 内燃机燃油喷射系统非定常流动168

7.1柴油机高压燃油喷射系统及其压力波特征线图解法168

7.1.1简化物理模型168

7.1.2高压油路的简易特征线图解法173

7.2二次喷油与气穴177

7.2.1产生二次喷油及气穴的机理分析178

7.2.2减缓二次喷油与气穴的技术措施180

7.3波动喷射及针阀的波形区划184

7.3.1针阀产生波动的原因184

7.3.2波形区划原理186

7.4不规则喷射188

7.4.1喷射稳定性原理及其判断准则189

7.4.2循环喷油量随剩余压力的变化规律192

7.4.3不规则喷射区区划194

第8章 内燃机空气系统非定常流动199

8.1动态效应与进、排气干扰200

8.1.1多缸机各缸充气的不均匀性200

8.1.2多缸机各缸的排气干扰202

8.2动态效应与谐波增压204

8.2.1两种不同的谐振模式204

8.2.2歧管系统的动态效应与谐振机理205

8.2.3整体系统的动态效应与谐振机理210

8.2.4多缸机动态效应应用及可变进气系统211

8.3内燃机涡轮增压213

8.3.1增压内燃机空气系统非定常流动计算213

8.3.2涡轮边界条件215

8.3.3压气机边界条件217

8.3.4内燃机涡轮增压的匹配计算221

8.4内燃机增压中冷226

8.4.1中冷器效率226

8.4.2中冷器边界条件228

8.4.3内燃机增压中冷匹配计算229

8.5气波增压器231

8.5.1结构原理231

8.5.2工作过程分析232

附录A 一维流动输运方程的推导235

附录B 以马赫数表达的基本方程的推导237

附录C 广义非定常管流三变量特征线方程组的推导239

主要参考文献242