Кирпичёв М. В. Роль советских ученых в развитии учения о подобии (1124022), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Последние уравнения становились определенными и отвечающими изучаемому на модели явлению только после присоединения к ним так называемых условий однозначности явления. Далее, исследование выделенноготэкнм образомедивичного явления, будь то образец какого-либо физического процесса или модель какой- нибудь машины, ведется для того, чтобы перенести затем результаты опытов на другйе явления. Само собой понятно, что переносить их нз явления пе подобные нельзя. И вот перед советскими учеными встал вопрос, как установить, что явления, на которые предполагается перенести результаты опытов над образцом нли моделью, подобны им. Иначе говоря, как распознавать подобные явления? Теория подобия до этого была разработана лишь в направлении выяснения свойств подобных между собой явлений, причем подобие их наперед декретнровалось, как заранее известное.
Теперь надо было установить условия, необходимые и достаточные для того, чтобы явления оказались подобными друг другу. Через семь лет эта задача была решена. Сперва в 1931 г„М. В. Кирпичев и А. А. Гухман высказали в качестве предположения содержание этой т р е т ь е й т е о р е м ы п о д о б и я, не имея еще для нее доказа. тел ьства. Затем в 1933 г. это доказательство было найдено М. В. Кирпичевым [18~.
Рассуждением «от противного» им было показано, что явления подобны, если у обоих явлений величины, входящие в их условия одно- 9 отн,мп 17И чначности, подобны, а критерии подобия, состоящие только вз величин, входящих в условия однозначности, одинаковы, Впоследствии третья теорема была доказана другими способами, например переводом уравнения связи из абсолютных единиц измерения в относительные, так называемые «критериальные» единицы измерения 119, 20). Доказательство третьей теоремы, исходя из учения о группах Ли, дали М. В. Кирпнчев и П. К.
Конаков 121) н, исходя из учения о размерности, К. Д. Воскресенсквй 122». Вывод третьей теоремы подобия, теоремы о признаках подобия, завершил учение о подобии в том отношении, что сделал это учение научной основой эксперимента. Первая и вторая теоремы дают чказание, как надо ставить опыт 1какие величины надо измерять в опыте) и как обрабатывать его результаты для того, чтобы их можно было закономерно распространить на все подобные им явления. Третья теорема указывает ~на те реальные объекты, на которые это распространение может быть сделано, иначе говоря, она помогает найти явления, подобные исследованному. Третья теорема является в равной мере научной основой для экстраполн~рования физических опытов и для моделирования технических сооружений.
Доказательство ее, как и двух первых теорем, дано в самой общей форме, так что ее можно применять ко всем явлениям природы, которые могут быть выражены в виде уравнений, связывающих между собой характеризующие явление величины, Таким образом, все теоретическое содержание учения о подобии для общего случая любого явления:природы выведено учеными нашей страны. Установление научной основы моделирования повлекло за собой широкое применение в Советском Союзе метода изучения различных устройств не в натуре, а на их моделях, что во многих случаях упрощает проведение опыта и даже уточняет получаемые результаты. Такому развитию моделирования в Советском Союзе весьма способствовала разработка так называемого метода приближенного моделирования, когда устанавливается возможность получения в модели не точного подобия, а приближенного подобия с достаточной для практических целей степенью точности.
Метод приближенного моделирования тепловых устройств был разработан в Советском Союзе М, В, Кирпичевым, М. А. Михеевым и другимн, Одновременно за рубежом он был найден для моделирования гидравлических устройств (в Тулузской лаборатории) Камишелем, Эскандом и другими французскими учеными. В Советском Союзе аналогичные работы были проведены Н. Н. Павловским, Н. Е. Кочиным, А. А. Сабанеевым, В. Э. Классеном, М. А. Великановым, И. В. Егиазаровым, В. С, Лукьяновым и другими, Число исследований, проведенных на моделях в нашем отечестве, в настоящее время превышает тысячу, так что в отношении использования теории подобия для исследований физических процессов и технических устройств Советский Союз опередил все зарубежные страны. Работы по моделированию рассеяны по многочисленным техническим журналам.
Представление о них могут дать следующие три кни~и: «Моделирование тепловых устройств» М, В. Кирпнчева и М. А Михеева 123), Сборник «Материалы к совещанию по моделированию тепловых устройств», состоявшемуся в 1938 г. 124), и «Теория подобия и моделирование», сборник докладов на втором совещании по моделированию 125]. Ввиду невозможности перечисления всех советских ученых, разработавших метод моделирования в различных ооластях техники, упомянем только некоторых из них. М. А. Михеев, Л.
Н. Ильин, П. М. Волков, А, М. Петунин, С, И. Костерин, А. О. Львов, Г. А, Михайлов и другие провели многочисленные исследования на моделях теплообменных устройств и установили об- ласть сушествования автомодельности при определении теплообмена и гидравлйческого сопротивления для' различных котельных устройств. Г, П, Иванцов, М.
А. Кузьмин, С. Н. Сыркин, А. М. Петунин, П. М. Волков, Д. К. Скнарь, А. М. Гурвич, П. К. Конаков и другие решили задачу о моделировании огневых процессов, проверили степень ее точности при испытании модели топки, отапливаемой угольной пылью, и установили возможность в ряде случаев рассматривать топочный процесс как автомодельный.
И. М. Готгельф, Н. Е. Нииуа, А. М. Файнзильбер распространили метод приближенного моделирования,на случай вентиляторов, паровых и газовых турбин, П. К. Конаков, В. Н. Сологубов, В. В. Лоханин — на случай поршневых паровых машин. Г. Н. Кружилин и С. С. Кутателадзе применили моделирование к изучению процессов парообразования'и котлах, В. А. Баум — к изучению процессов движения и смешения газов в промышленных печах, А. В.
Касьянов путем исследования на моделях разработал искрогасительное устройство на паровозах. 3. Ф. Чуханов изучал на моделях теплообмен между газом и твердыми частицами, а О. А. Цуханова — в газогенераторах; П. М. Волков, М. Г. Махонько, И. Е. Цетыркнн осуществили на моделях изучение движения запыленных газовых потоков и дали практическое указание по защите труб паровых котлов от износа нх лету гей золой. И. В.
Егиазаров определил на модели ~расход на~носов, влекомых реками, и широко применил метод приближенного моделирования к проверке сливных устройств на плотинах великих Сталинских строек коммунизма, Е. В. Кудрявцев, Г. А, Прокофьев, Л. И, Гинзбург изучили на моделях законы вентиляции больших помещений и дали практические указания лля вентиляции Дворца Советов и машинных зал тепловых электростанций.
В, А. Веников разработал метод моделирования электрических устройств и применил его к изучению на моделях электроэнергетиче. ских систем. Г. К. Дьяконов дал правильную теорию химического моделирования и указал случаи, когда можно моделировать технологические процессы различных химических производств. Из этих примеров, которые можно было бы еше значительно умножить, видно, что учение о подобии в Советском Союзе охватывает все новые и новые области, развиваясь в своем содержании, В настоящее время теория подобия имеет следующие направления.
Первым по времени направлением является приложение теории подобия к изучению разнообразных технических сооружений на моделях. Моделирование стало мощным средством для обнаружения различных недостатков, имеющихся в существующих технических устройствах, и для изыскания путей к их устранению. Далее моделирование уже стало широко применяться для проверки вновь конструируемых объектов, так что до их выполнения, в процессе проектирования, моделирование позволяет совершенствовать новые, еще не опробованные на практике конструкции. Теория подобия нашла также применение при обобщении рабочих показателей целых групп однотипных машин и устройств, так что на основании обработки данных многочисленных испытаний оказывается возможным создавать новые, основанные на критериях подобия способы расчета различных технических объектов, которые приводят к установлению рациональных, связанных с экономией энергии режимов.
Теория подобия стала научной основой обобщения данных физикотехпических испытаний, своего рода теорией эксперимента, указывающей во всех тех случаях, когда решение дифференциальных уравнений физики наталкивается на трудности, путь к такой постановке опытов, 9* 1715 что их результаты могут быть распространены на всю область изучаемых явлений. В последнее время теория подобия не только использует уравнения физики для обобщения опытных данных но и, обратно, при самом' выводе дифференциальных уравнений она дает указания, с одной стороны, о введении в уравнения критериев подобия и безразмерных переменных и, с другой стороны, об использовании обобщения методами теории подобия опытных да~нных, являющихся исходными для составления уравнений.
В качестве примера этого нового направления теории подобия можно црнвесги устазчовление для турбулентного потока автомоделвносги отдельно для пограничного слоя н отдельно для турбулентного ядра, что позволяет получить более простую н точную формулу гидравлического сопротивления труб. Точно так же преобразование уравнений движения пара или гайа по лопаткам турбины к критериальному виду обнаружи~в~ает возможность приближенного моделирования рабочего процесса турбины в неведомых до сего времени пределах.
Таким образом, теория подобия иа наших глазах ста~новится неотъемлевгой частью теоретической физики. Достигнутыми в нашем отечестве результатами учение о подобии в значительной степени обязано выводу третьей теоремы подобия и применению метода приближенного моделирования. Статья поступила а редакцию 14 сентября 1952 г. ЛИТЕРАТУРА 1. Г а лиде й Г ал иле о. Соч., т. 1. Гостехтеоретиздат, 1934. '2. Михайлов О Устав ратных, пушечных н других дел, касающихся до воинской наухи, состоящей в 663 указах, или статьях...» Изд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
