Лойцянский Л. Г. - Механика жидкости и газа (1067432), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Галина, М. И. Гуревича, Е. А. Красильщиковой, С. В. Фальковича, Ф. И. Франкля и М. Д. Хаскинла. Вместе с газовой динамикой больших скоростей развивалась и более старинная ее отрасль †динами сжимаемого газа при малых скоростях, служащая основой динамической метеорологии. Общепризнанным основоположником этой области газовой динамики ввзлзнне заслуженно считается безвременно погибший в 1925 г. талантливый советский механик А. А. Фридман. В своей, ставшей классической, диссертации „Опыт гидромеханики сжимаемой жидкости", вышедшей в свет в 1922 г., А. А. фридман дал исчерпывающее систематическое изложение основных законов движения сжимаемого газа и, в частности, атмосферного воздуха при наличии дневного притока тепла от Солнца и ночного излучения в мировое пространство.
Этот, исключительный по капитальности и идейному содержанию труд, стал на много лет источником дальнейшего развития динамики атмосферы. Особого упоминания заслуживают фундаментальные исследования учеников А. А. фридмана: акад. Н. Е. Кочина и чл.-корр. И. А. Кибела. Из наиболее важных работ в области, смежной между гидро- динамикой и гидравликой, отметим прежде всего фундаментальные исследования акад. С.
А. Христиановича по теории длинных волн в каналах. Эти исследования, относящиеся к периоду 19ЗЗ вЂ” 1936 гг., послужили основой создания целого ряда прикладных методов расчета, сыгравших большую роль в практике строительства гидросооружении. Теория фильтрационного движения грунтовых вод и близкая к этой проблеме теория подземного движения нефти далеко продвинулись нперед в работах советских ученых. Пользуясь методом комплексного переменного, егце в 1922 г. использованным акад.
Н. Н, Павловским, оольшое число конкретных практических задач решили Б. Б. Девисоп, П. Я. Кочина и др. Академик Л. С. Лейбензон создал теорию движения газов в пористых средах и разрешил ряд других вопросов, связанных с теорией и практикой нефтедобычи. Теория движения вязкой жидкости за последние пятьдесят лег стала разрабатываться главным образом в направлении изучения движения жидкости в тонком „пограничном" слое, образующемся вблизи поверхности тела при практически интересных скоростях и размерах тел. Повидимому, Рэнкин первый ввел понятие о пограничном слое. В своей записке, относящейся к 1864 г., Рэнкин в следующих словах выражает происхождение сопротивления трения: „Это сопротивление представляет сочетание прямых и косвенных действий прилипания ~астиц воды к поверхности корабля, которую они обтекают; прилипание вместе с взаимной вязкостью частиц и производит бес~ислепиое множество мелких водоворотоя в слое воды, непосредственно прилегающем к бортам судна".
Первое систематическое руководство по вопросу о сопротивлении жидкостей относится к 1880 г. и принадлежит нашему гениальному соотечественнику Д. И. Менделееву. В этой, уже ранее упоминавшейся монографии мы находим отчетливое разграничение трения жидкости о гладкие и шероховатые стенки. Говоря о сопротивлении трения гладких поверхностей, Д. И. Менделеев отмечает основную роль „прилипшего" к твердому телу слоя жидкости, который „движется и увлекает соседние".
соВРкь!ьниый этап РАзяития 37 51 „Сопротивление же неровностей (шероховатостей1), — пишет Л. Й. Менделеев,— того же рода, как и сопротивление нормально движущейся пластинки". Эти взгляды Менделеева вполне совпадают с современными воззрениями в теории сопротивлений. Особенно следует отметить критический анализ Менделеева резульгл!ов экспериментальных определений сопротивлений жидкости с точки ,!рения точности измерений — вопрос, в котором Менделеев, основоположник метрологии, был непревзойденным специалистом. Глубоко анализируя и критикуя „фрикционную" теорик! сопротив:!ения и, в частносси, теорию Рэнкина, Д, И. Менделеев с предельной ясностью устанавливает энергетическую сторону явления, отсутствующую в весьма схематической н формальной теории Рэнкинз, Н. Е.
Жуковский в докладе, сделанном 23 декабря 1907 г. па 11ервом Менделеевском съезде, высоко оценил монографию Менделеева, назвав ее „капитальной монографией по сопротивлению жидкостей. которая и теперь может служить основным руководством для лип, занимающихся кораблестроением, воздухоплаванием или бзллистикой". Н. Е. Жуковский в 1890 г.
в своей работе „О форме судов" дает первый пример учета влияния форл!ы тела на сопротивление трения, а в своих более поздних лекциях отмечает основные свойства пограничного слоя. Однако ни Жуковский, ни его ближайшие ученики не занялись разработкой приближенных уравнений движения жидкости в пограничном слое, установленных Л. Прандтлем только з 1904 г. Не следует забь!вать, что еще в недалеком прошлом шла дискуссия по вопросу о том, равняется ли нулю скорость реальной жидкости на поверхности обтекаемого ею тела или нет.
Жуковский и Прандтль первые решительно встали на точку зрения прилипзния жидкости к стенке; правильность этого воззрения, лежащего в основе теории пограничного слоя, в дальнейшем была подтверждена многочисленнымн опытами. Работы советских ученых в области теории ламинарного и турбулентного пограничного слоя, а также по общей теории турбулентности представляют исключительный интерес; работы Л.
Е. Калихмзна, Л, Г. Лойцянского, А. П. Мельникова и К. К. Федяевского по плоскому и пространственному, ламинарному и турбулентному пограничному слою в несжимаемой жидкости, относящиеся к периоду 1930 †19 гг., замечательные исследования А. А. Дородницына 1939 — 1940 гг. по теории пограничного слоя в сжимаемом газе, практические методы расчета турбулентных струй, указанные Г.
Н. Абрамовичем, и другие результаты советских ученых оставили дзлеко позади зарубежные исследования в этой области. Все практические расчеты пограничного слоя, необходимые для определения профильного сопротивления крыла и фк>зеляжа самолета, сопротивления корпуса корабля, потерь энергии в лопастных аппаратах турбомашин, а также расчеты различных струйных механизмов (эжекторов и др.) ведутся у нас в Союзе по методам, принадлежащим советским ученым. введянне Современная теория турбулентного движения н ее многочисленные применения в гидравлике труб и каналов, динамической метеорологии, теории взвешивания и осаждения наносов, горения и перемешивання топлива н струях и во многих других практических вопросах техники составили предмет глубоких изысканий советских ученых.
Останавюы явясь лишь на главнейших принципиальных достижениях, заметим, по после классических работ Рейнольдса наиболее важную рощ сыграли замечательные исследования А. А. Фридмана и Л. В. Келлера, выдвинувших в 1924 г. новый статистический метод изучения турбулентного потока. Идеи А. А. Фридмана и Л.
В. Келлера послужили фундаментом для ряда теоретических исследований акад. А. Н. Колмогорова, Л. Г. Лойпянского, М. Д. Миллионщикова, А. М. Обухова и Л. И. Седова. На этом, по необходимости, заканчивается краткий обзор достижений советской науки в области механики жидкости и газа.
Обзор содержиг только перечисление наиболее значительных работ наших ученых. Многие из этих результатов еще настолько свежи, что не могут найги себе место в историческом очерке. Но уже и из того материала, который помещен в настоящем обзоре, отчетливо видно, что советская гидроаэродинамика по праву занимает ведущее место в мировой науке. В настоящем, заключительном, параграфе очерка почти ничего пе говорилось об иностранных работах за рассматриваемый период времени.
Это объясняется не только краткостью очерка, но и тем замечательным фактом, что в последнее время, за весьма немногими исключениями, все основные проблемы механики жидкости и газа самостоятельно выдвигались и разрешались советскими учеными, поставившими нашу Родину в совершенно независимое положение от зарубежной науки. 1.ДЛВ Д 1 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ. КИНЕМАТИКА СПЛОШНОЙ СРЕЛЫ $ 6. Поле физической величины. Скалярное и векторное поля. Поверхности уровня.
Векторные линии н трубки Совокупность скалярных нлн векторных величин, заданных в некоторой конечной или бесконечной области так, что каждой точке области соответствует одно определенное знзчение скаляра или вектора, образует иоле скалярной илн векторной величины, короче— скалярное или векторное поле. ' Таковы скалярные поля: температурное поле нагретого тела, поле плотности в неоднородном твердом теле, и векторные поля: силовое поле, например, поле тяготения, поле скоростей во врзщающемся твердом теле и др. Поле называется стационарным, если распределение физических величин в пространстве не изменяется с течением времени.
Так, например, поле скоростей в равномерно вращающемся вокруг неполвнжной оси твердом теле будет стационзрным; в противном случае поле называется не стационарныи. Если во всех точках пространства, где задано поле физической величины, значения этой величины равны между собою (соответственно в скалярном или векторном смысле), то такое поле называется однородным, в противном случае — не однородным. Скалярное поле плотности в однородном твердом теле однородно. В поступательно движущемся твердом теле векторное ноле перемещений так же, как и скоростей или ускоренвй,— однородно. Само собой разумеется, что однородное поле может быть как стационарным, так и не стационарным.
Аналитически поле некоторой скалярной величины р или вектор- Р" Р"" Р Р ФУ"" ' Р „„„,Р „„,, „, ГУЫ. необходимые для дальнейшего элементы векторного и тевэорвого анализа; ылч бы желательно предварительное ознакомление с этими элементами, ааврямер, по прекрасной книге Н. Е. Кочина, Векторное исчисление и "ачзла тевзорного исчисления, РИТИ ГТТИ„1934 нли последующие издания. 40 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ. КИНЕМАТИ!<А СРЕДЫ !гл. ! от каких-нибудь, в частности декартовых, координа! и зрсмспи: ' й=югх,у, »; Г)=вгМ;!), а = а (х, у, »; 1) == а (М; ~). Условившись з этих простейших определениях, иосип!рви .!'Рпс!иь, каким образом характеризовать прпстрпнственную пзженчивослюь величин поля (изменение со временем величины в данной точке пространствз характеризуется, очевидно, частной производной от этой величины по времени). Для этого следует упорядочить рассмотрение бесконечного многообразия величин, образующих поле, расположив эти величины сообразно некоторому признаку: численной их величине — для скалярной функции, направлению — для векторной функции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
