Гиперзвуковые течения вязкого газа (Дорренс У.Х., 1966 - Гиперзвуковые течения вязкого газа)

У. Х, ДОРРЕНС ГИПЕРЗВУКОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОГО ГАЗА Перевод с английского П. П. КОРЯВОВА, Ю. Н. ПАВЛОВСКОГО в В. В. ЩЕННИКОВА Под редакцией А. А. ДОРОДНИЦЫНА ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» Москва 1966 УДК 533,601.155 Книга Уильяма Х. Дорренса является современным н замкнутым в себе введением в теорию пограничного слоя вязких газовых смесей, Изложение проводится от самых основ и заканчивается обзором современных ре.

зультатов. В книге рассматриваются также проблемы теплозащиты аппаратов, движущихся в атмосфере с гиперзвуковой скоростью, таиих, как космические корабли, баллистические ракеты и гиперзвуковые самолеты. Спе. циалисты, заяимающиеся конструзроваинем подобных объектов, найдут здесь полезные уравнения для опреде. пения теплообмена между средой и поверхностью. Книга может слуисить основой для курса по сааре. менной теории пограничного слоя и отправным пунктом при дальнейшем изучении этого вопроса.

Она представляет интерес для физиков, механиков и инженеров, работающих в новых областях техники, в частности в авиации и космонавтике. Книга булет полезна преподавателям, аспирантам и студентам старших курсов университетов, инженерно-физическах и авиационных институтов. Редакция литературы ло математическим наукам првдисловив рвдлкторл Проблема гиперзвукового полета, связанная с возникновением высокотемпературных эффектов при обтекании гиперзвуковых аппаратов, привела к тесному соприкосновению двух разделов физики — аэродинамики и химической кинетики, и таким образом возникла новая область динамики — аэродинамика газа переменного состава.

Методы исследования в этой области, как теоретические, так и экспериментальные весьма усложнились, так как движение газа стало определяться не только силовым и температурным полямн, но и химическими процессами, в свою очередь зависящими от поля скорости и температуры. Эти эффекты взаимодействия движения с химическими процессами прежде всего возникают в пограничном слое, где картина усложняется изза разрушения поверхности тел, обтекаемых гиперзвуковым потоком, пары различных веществ, составляющих материал поверхности, попадая в пограничный слой, взаимодействуют химически с воздухом.

Таким образом,, в пограничном слое происходят многочисленные химические реакции, которые определяют в конечном счете такие важные для практики величины, как аэродинами-' ческое сопротивление тел, тепловые потоки к ним и скорость разрушения поверхности. Именно практическая важность этой проблемы породила за последние 8 — 1О лет многочисленные теоретические и экспериментальные исследованиявысокотемпературного химически активного пограничного слоя. Эти исследования велись как в направлении выяснения главных факторов, влияющих на процессы в пограничном слое, н оценки их влияния на аэродинамические тепловые характеристики гиперзвуковых объектов, так и в направлении разработки точных численных методов расчета пограничного слоя.

Предисловие редактора Книга У. Х. Дорренса «Гиперзвуковые течения вязкого газа» является первой монографией, в которой излагаются проблемы высокотемпературного пограничного слоя при наличии химических реакций. Содержание книги целиком относится к первому направлению: численные методы решения в книге не затрагиваются. Поэтому естественно, что анализ исследуемых в ней задач имеет лишь чисто качественный характер. Автор в большинстве случаев рассматривает раздельно влияние различных факторов, и полученные выводы поэтому являются обычно лишь указанием на то, в какую сторону тот или иной фактор влияет. Но из-за существенной нелинейности уравнений пограничного слоя на основании этого еще нельзя сделать заключения о количественных эффектах при совместном воздействии различных факторов.

Точные количественные характеристики могут быть получены сейчас только в результате численных расчетов с помощью вычислительных машин. Однако все же понимание физической картины явлений в пограничном слое имеет важнейшее значение и для точной математической формулировки задач, и для конструкторских работ при решении практической задачи теплозащиты гиперзвуковых аппаратов, указывая пути, на которых можно найти их решения, после чего уже можно с помощью точных численных расчетов получить и некоторые количественные характеристики.

Книга Дорренса охватывает результаты исследований до !962 г. В этой быстро развивающейся области за прошедшее время появилось уже много новых результатов, поданная монография бесспорно поможет лицам, занимающимся исследованиями гиперзвукового пограничного слоя, понять проблемы и развивать дальше эту область. Следует отметить, что терминология в области гиперзвукового пограничного слоя еще не установилась. Поэтому переводчики часто вынуждены были идти на дословный перевод английских терминов, используемых автором, хотя в нашей литературе можно найти другие выражения для тех же понятий.

Главы 8 — !О перевел П. П, Корявов, 1 — 3 и 6 — Ю. Н. Павловскип и 4, 5 и 7 — В. В, Щенников. А. Дородницын ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА Главной целью данной книги является изложение теорий ламинарного и турбулентного пограничных слоев в реагирующих газовых смесях. Эти теории излагаются с самых основ, а все необходимые химические, термодинамические и физические понятия описываются настолько, чтобы читатель мог не обращаться к другим источникам. Другая цель книги состоит в том, чтобы дать в руки тех, кто занимается техническими приложениями, формулы, полезные при расчете теплообмена между реагирующим газовым пограничным слоем и реагирующей плавящейся сублимирующей и другими способами разрушающейся поверхностью. В намерение автора входило сделать книгу такой, чтобы она могла служить пособием для повышенного курса по современной теории пограничного слоя. Кроме того, автор надеется, что книга будет полезным справочником для специалистов и отправной точкой для тех, кто хочет заниматься исследованиями в этой важной области.

В книге содержится не только тщательное изложение теории ламинарного и турбулентного пограничных слоев, но описываются и положения, лежащие в основе этой теории, а также методы расчета переносных и термодинамических свойств разреженных газовых смесей, Подробно изложены также необходимые термохимические понятия.

Автор стремился изложить все представленные теории, начиная с самых основ. Поэтому значительное место уделено основам физики взаимодействия одинаковых и различных частиц и роли, какую оно играет Предиоловае автора в определении переносных свойств реагирующих газовых смесей. Для удобства читателя теория ламинарного пограничного слоя, представленная со многими ее разветвлениями, излагается на основе единой формы записи системы дифференциальных уравнений, полученной путем преобразования общепринятых уравнений пограничного слоя.

Теория турбулентного пограничного слоя излагается также на основе единой системы уравнений пограничного слоя. Это позволяет избежать утомительных преобразований уравнений пограничного слоя. При этом нс происходит потери общности, так как учет влияния химических реакций, массопсреноса, плавления поверхности, взаимодействия ударной волны с пограничным слоем, формы тела и градиентов давления делается без применения преобразований к различным граничным условиям, Те элементы кинетической и молекулярной теории газов, термодинамики, физической химии, квантовой теории, волновой и статистической механики, которые имеют отношение к главной теме книги, также вкратце излагаются. Так, гл.

2 посвящена уравнениям пограничного слоя и их выводу на основе молекулярной теории газов. Глава 9 посвящена вопросам термодинамики газовых смесей и методам квантовой теории, спектроскопическому анализу и статистической механике в том их аспекте, в котором они применяются к определению термодинамических свойств и равновесных составов газовых смесей. Глава 1О посвящена переносным свойствам и роли мсжмолекулярных сил в их определении. Первоначально намечалось, что книга будет частью совместного труда проф. Ли Тинг-и и автора, охватывающего как теорию течений невязкой жидкости, так и теории пограничного слоя.

Однако в процессе работы изучение реагирующих газовых смесей привело к раз. растанию материала, я авторы нашли, что его не следует включать в одну книгу. Другим осложнением было то, что авторов разделяли 2000 миль расстояния. Поэтому было решено написать две книги: эту, посвященную задачам вязких течений, и позднее книгу проф. Ли Тинг-и по невязким течениям реагирующих газовых Предисловие автора смесей. Предполагается, что обе книги будут дополнять друг друга и вместе дадут исчерпывающее и современное введение в теорию реагирующих газовых смесей.

Автору хочется выразить благодарность некоторым своим коллегам за помощь, оказанную ему прн подготовке книги. Так, проф. Лн Тинг-и был неизменным источником воодушевления и конструктивной критики, м-р Роберт Лоувен сделал особенно ценные замечания при чтении гл, 9, и-р Мервин Сибулкин взял на себя труд чтения полного первоначального наброска книги и сделал полезные замечания. Не малый вклад сделала м-сс Мэксин Мэтсон, печатавшая рукопись. Уильям Х. Дорренс нисона ни пояс и.ов ТНЕОКУ ОГ КЕАСТ!ХО АХО НУРЕЙЯОМ! С ВОЮХ ОАЙУ ЬАУЕ КБ МгБШАМ Н, РОййАМСЕ Рогтег!у Яеп!ог у!а// ус1епйе1 Сопоао Бс1епг!/гс Юеееагса яауога1огу Ргесепау Нсао, Оае Оупат!сс Оераг!теп! Аегосрасе Согрогааол МсОКАВг-Н1Ы.