Я.Б. Зельдович - Теория ударных волн и введение в газодинамику (1123908)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Введение Газодииамика есть составная часть гидродннамики — общей науки о двшкенни текучих тел, жидкостей и газов. Огличительной особенностью газодинамики является необходимость учета сжимаемости вещества. В то время, как в обычных условиях жидкости можно считать несжимаемыми, газы уже при небольшом изменение давления значительно меняют свой объем. Очевидно, что для газов необходимо применять специфические формулы к законы газодинамики лишь постольку, поскольку мы имеем дело с большими перепадами давления. При небольших скоростях движенле газа обычно можно рассматривать так же, как рассматривается движение жидкости, пренебрегая изменением объема, пренебрегаг сжимаемостъю. В завксимостк от условий, порядок величины разностей давления, возникающих в потоке, меняется в пределах от вели«ат чины — — величины динамического напора, согласно формуле Бернулли, до величины рис, где с есть скорость звука, и†скорость движения и д †плотнос газа.

Между тем давление газа приблизительно равно рс~. Из сопоставления этих выражений видно, что во всяком случае при скоростях, меньших скорости звука, разкости давления малы по сравнению с самим давлением, и соответственно этому, как правило> можно пренебрегать и сжимаемостью вещества. Этим определяется предмет газодинамики. Газодннамика есть наука о движениях прн больших перевалах давлений и при болыпих скоростях, причем масштабом скорости является скорость звука. В теорви подобия принято следующее обозначение отношения скорости движения к скорости звука: где Ва так называемый критерий Барстоу. ] л Газодннамика изучает движения прн значениях Ва, сравнимых с единицей.

При Ва41 в пределе общие уравчення газодинамики переходят в уравнения гндродннамикн несжимаемой жидкости В дальнейшем основные законы гидродинамикн несжимаемой жидкости мы будем считать известными, не останавливаясь на выводе соответствующих формул. Учет сжимаемостн означает необходимость учета изменения состояния вещества. Если в гидродинамике при действии диссипативных сил (вязкости) и происходит выделение тепла 'в жидкости н изменение температуры жидкости, то оно не ведет к измененкю объема; изменения внутри жидкости не оказывают обратного влияния на самый характер потока и малосущественны для ра=сматриваемых в гидродинамике явлений.

В газодинамике нам придется все время иметь дело с изменением состояния вещества в самом потоке. Эта особенность газовой динамики приводит к необходимости термодинамнческой трактовки всех явлениИ, приводит к тому, что для газовой динамики термодинамика совершенно необходима. В предлагаемой книге мы будем рассматривать только специфические явления газовой динамики, т. е. такие явления, которые не имеют аналогии в механике несжимаемой жидкости. Мы не будем останавливаться на тех областях, где газовая динамика и учет сжнмаемости дают лишь небольшие поправки к обычным формулам гидродинамики несжимаемой жидкосги.

В предлагаемой книге основной упор будет взят не на расчетные методы газовой динамики, методы численного интегрирования сложных двух- и трехмерных течений, а, напротив, будут с особой тщательностью установлены принципиальные основы газовой динамики, предельные законы и методы решения простейших задач. Мы будем двигаться в этой работе не от общего к частному, а от простого к сложному. Вместо того, чтобы написать сперва уравнения газовой динамики в самом общем виде, с учетом всех факторов, искать общих решений и упрощением этих общих решений переходить к частным решениям простых случаев, мы будем решать простые, элементарные задачи, описывающие отдельные части явлезий, с тем, чтобы потом из этих отдельных частных решений конструировать решения более сложных задач.

Можно отметить следующие основные области применения газодннамики. Первая, наиболее известная и наиболее разработанная в настоящее время область заключает в себе вопросы обтекания тел, движущихся с большой скоростью. Сюда прежде всего относятся вопросы о поправках в обычных формулах сопротивления н подъемной силы движущихся тел прн скорости, меньшей скорости звука, т. е. о поправках, которые суще- ственны уже для авиации сегодняшнего дня.

Далее радикально меняется вся картина обтекания движущихся тел, когда мы переходим к скорости, большей скорости звука. С такой скоростью мы имеем дело во внешней баллистике, т. е. в науке о движении снарядов, а также при рассмотрении движения ракетных самолетов ближайшего будущего. Эта область применения газодинамики к задаче о движении тела в газе со скоростью порядка скорости звука или со скоростью, превышающей скорость звука, наиболее подробно освещена в существующих учебниках, и на ней мы будем останавливаться меньше всего.

Второй важнейшей областью является задача о движении газа в каналах †сопл и трубах. При этом снова газодннамика необходима в том случае, если скорость газа достигает илн превыпзает скоросгь звука. В этой области характер течения, и зависимость скорости и расхода от перепада давления, претерпевают качественные изменения.

Данный круг вопросов важен для теории турбин, реактивн лх снарядов и двигателей. Своеобразной областью газодинамики, основанной на учете сжимаемости движущейся среды является учение о ввуке— акустика. Скорости движения среды и амплитуда ьзменения давления под действием звука весьма малы.

Тем не менее, учет с нмаемости оказявается нео ходнмым при рассмотрении первых, начальных стахий лобого движения и прн рассмотренна быстроизменяющихся, в частности — периодичских движений. Ударные волны представляют особенный интерес с целого ряда точек зрения и будут центральным вопросом предлагаемой книги. С одной стороны там, где попытки интегрирования уравнений без введения разрывов, (т. е. ударных волн), приводят к тем илн иным парадоксам и к невозможноста решеняя этих уравнений, теория ударных волн разрешает парадоксы н позволяет сконструировать режим движения прн любых условиях. С другой стороны, ударные волны сами представляют собой парадоксальное явление. Они парадоксальны в том смысле, что, не вводя никакчх предположений о диссипативных силах †вязкости и теплопроводностн, мы из элементарных соображений получаем законы ударных волн, в которых заключено возрастание энтропии, т.

е. законы, в которых заключена необратимость процессов, происходящих в ударной волне. С этой точки зрения удтрные волны представляют значительный логический интерес, даже безотноснтельао к их применению. Замечательно, что все основные соотношения и основные принципиальныел точки зрения были установлены из рассмотре ия общих уравнений газовой динамики более 50 лет тому назад, т. е.

в то время, когда не было еще никакого опытного 5 материала, до того, 'как ударная волна была изучена экспериментаторами. По образному выражению Эмиля Жуге, „ударная волна впервые появилась на кончике пера теоретиков". Приходится удивляться глубине анализа и мощи теоретического проникновения великих умов прошлого века, прежде всего немецкого математика Бернгарда Римана, английского физика Ренкнна, французского артиллериста Гюгонио, с разных сторон и независимо друг от друга создавших теорию ударных волн, не потерявшую значения до настоящего времени. Наконес, повышенный интерес к ударным волнам в последние годы связан с воп;осом о разрушительном действии взрыва и о распространении взрыва по вврывчатому (способному к химической реакции) веществу.

Необходимо точное знание состояния вещества, сжатого ударной волной, знание скоростд сжатия и тому подобных свойств волны. Наша книга является введением в теорию взрыва. Основная часть книги(Я! — ХЧ11 и Х1Х) била сдана в печать н начале 1941 г. Выпуск ее задержался по условиям военного времени. В 1943 — 44 г. были добавленьс ц ХЧИ1 — теория реактивной силы и Я ХХ вЂ” ХХ1Ч, в которых подробно рассмотрены следующие за взрывом явления расширения продуктов взрыва, возникновения и распространения воздушной взрывной волны, определяющие разрушительное действие взрыва. Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность проф.

Характеристики

Тип файла DJVU

Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.

Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.

Список файлов ответов (шпаргалок)