Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер - Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений (1161617), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Этот вопрос был недавно пересмотрен с учетом вышеизлоя<енного. В гл. Х11 на основе материала первого издания и новых результатов выделен специальный раздел о распространении ударных волн в неоднородной атмосфере с зкспоненциальным распределением плотности. Добавлено Приложение, где собраны некоторые константы, соотношения между атомными постоянными, соотношения между единицами и формулы, часто встречающиеся при практической работе по тематике книги.
Библиография пополнена ссылками на работы последних лет. ю пгвдисловив ко втогомг изданию Здесь упомянуты лишь основные, но далеко не все изменения и дополнения; разумеется, были также исправлены ошибки и опечатки, замеченные в первом издании. Разделы физики и механики, затронутые в книге, развиваются исключительно быстро, причем открываются все новые и новые объекты их приложений (пример тому — явление пробоя и нагревания газов в фокусе лазерного луча).
Одним из свидетельств интереса, который проявляется к зтим областям науки, служит то, что сразу же после выхода книги (в первом издании) ее начало переводить на английский язык американское издательство. Мы надеемся, что второе, переработанное и дополненное издание окажется полезным как специалистам, работающим в областях науки и техники, близких к профилю книги, так и тем, кто вступает в зги области. Мы благодарны нашим коллегам, указавшим на неточности и опечатки в первом издании книги.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ Проблемы современной техники потребовали от науки проникновения в область «высоких параметров» состояния вещества: больших концентраций энергии, высоких температур и давлений, больших скоростей. На практике такие условия осуществляются в сильных ударных волнах, при взрывах, при очень быстрых сверхзвуковых движениях тел в атмосфере, в мощных электрических разрядах и т. д.
При высоких температурах в газах протекают разнообразные физические и физико-химические процессы: возбуждение молекулярных колебаний, диссоциация, химические реакции, ионизация, излучение света. Эти процессы влияют на термодинамические свойства газов, а при достаточно быстрых движениях и достаточно быстрых изменениях состояния вещества на движение оказывает влияние и кинетика указанных процессов. Особенно важную роль при очень высоких температурах играют процессы, связанные с испусканием и поглощением излучения, и лучистый теплообмен.
Перечисленные выше процессы часто представляют интерес и не только с точки зрения их энергетического влияния на движение газа: оня вызывают изменения состава газа, его электрических свойств, приводят к свечению газа и возникновению многих оптических эффектов и т. д. Изучению всех этих вопросов, всему тому, что составляет содержание вновь возникшей ветви науки — «физической газодинамики>, и посвящена значительная часть книги.
Болыпой научный и практический интерес представляет изучение 'сильных ударных волн в твердых телах. Недавние достижения, позволившие при помощи ударных волн сжать твердые тела до миллионов атмосфер, открыли новые пути исследования состояния твердого вещества при сверхвысоких давлениях. Этим вопросам также уделено в книге большое внимание. В описываемой области тесно переплетаются многие разделы науки: газовая динамика, теория ударных волн, термодинамика и статистическая физика, молекулярная физика, физическая и химическая кинетики, физическая химия, спектроскопии, теория излучения, элементы астрофизики, физика твердого тела и др.
Многие из рассматриваемых здесь физических явлений и процессов имеют различный характер и никак не связаны между собой. Следствием такой разнородности материала явилось отсутствие цельности в содержании книги. Некоторые главы имеют самостоятельный характер, относятся к совершенно различным областям физики или механики, и не все главы связаны между собой. Поэтому читателю, интересующемуся тем или иным вопросом, достаточно познакомиться только с соответствующими главами. При рассмотрении самых различных вопросов, даже математического характера, мы стремились прежде всего разъяснить физическую сущность явлений при помощи простейших математических средств, 12 ПРЕДИСЛОВИИ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ широко пользуясь оценками и полукачественным анализом.
Вместе с тем мы стремились помочь тем физикам, механикам и инженерам, которые работают в соответствующих областях прикладной физики и техники, и дать им практические средства для самостоятельного анализа сложных и многообразных физических явлений. С этой целью рассмотрение большинства явлений доведено до числеиных результатов, формулы для расчета и оценок различных величин записаны в удобной для практической работы форме, приводится много полезных экспериментальных данных и сведений справочного характера и т. д.
Книга имеет теоретический характер, и описание экспериментальных установок и методов сведено к минимуму. Однако изложению результатов эксперимента и сопоставлению их с результатами теоретических расчетов и оценок уделяется должное внимание. Периодическая литература по «физической газодинамике» огромна. Однако, насколько нам известно, ни в нашей, ни в зарубежной литературе еще не делалось попыток систематизировать, обобщить и изложить с единой точки зрения в одной книге материал, относящийся к этой новой области науки. По-видимому, книга представляет собой первый опыт в этом направлении. Книга была написана в течение 1960 — 1961 гг., чем определяется основной уровень использованной литературы. Однако в разделы, касающиеся вопросов, представления по которым совершенствуются особенно быстрыми темпами, позднее были внесены краткие дополнения и ссылки на новейшую литературу.
Это относится в основном к главам Ч, Ч1, ЧП. Многообразие явлений и обширность материала заставили нас ограничиться рассмотрением далеко не всех вопросов, которые имеют отношение к изучаемой области. Мы не рассматриваем математической стороны гидродинамиии, такой проблемы, как обтекание тел сверхзвуковым потоком, почти не затрагиваем электромагнитных явлений, совершенно не касаемся вопросов термоядерного синтеза, поведения плазмы в магнитном поле, всего, что относится к магнитной гидро- и газодинамике, вопросов горения и детонации и т. п. По всем этим разделам уже имеется немало книг. Выбор материала книги в известной степени субъективен.
Значительное место уделяется рассмотрению явлений, которые авторы исследовали в своих собственных работах. Так, на оригинальных работах почти полностью основаны гл. Ч1П и 1Х, в большой степени — ЧП, Х, Х11, частично — гл. Х1. Гл. 1 представляет собой результат коренной переработки ранней книги одного из авторов «Теория ударных волн и введение в газодинамику», которая была издана в 1946 г.
в Издательстве АН СССР. Нам хотелось бы выразить особую признательность А. С. Компанейцу, которому принадлежит разработка ряда вопросов, затрагиваемых в книге, за многие полезные обсуждения и замечания, сделанные при чтении рукописи. Мы благодарны Л. В. Альтшулеру и С. Б. Кормеру, на работах которых в значительной степени основана гл. Х1 книги, за замечания, сделанные при чтении рукописи этоя главы. Мы благодарны также М. А. Ельяшевичу, который внимательно прочел рукопись и сделал ценные замечания. ГЛАВА 1 ЭЛЕМЕНТЫ ГАЗОДИНАМИКИ И КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ УДАРНЫХ ВОЛН' 1.
НЕПРЕРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ НЕВЯЗКОГО И НЕТЕПЛОПРОВОДНОГО ГАЗА й 1, Уравнения газовой динамики Для значительного сжатия жидкостей (и твердых тел) нужны давлении в сотни тысяч атмосфер и выше. Поэтому в обычных условиях жидкость можно рассматривать как несжимаемую среду. Скорости течения жидкости при малых изменениях плотности гораздо меньше скорости звука, которая является масштабом скорости, характеризующим сплошную среду. При небольших изменениях плотности и движениях, медленных по сравнению со скоростью звука, газ также можно считать несжимаемым и описывать его движение при поможи гидродннамики несжимаемой жидкости. Однако заметные изменения плотности и скорости течения, сравнимые со скоростью звука, в газах, в отличие от жидкостей, достигаются сравнительно легко: при перепадах давлеяия порядка величины самого давления, т. е.
при Ар 1 ая>м, если начальное давление газа атмосферное. В таких условиях необходимо учитывать сжимаемость вещества, Уравнения газовой динамики тем и отличаются от уравнений гидродинамики несжимаемой жидкости, что в них учтена возможность больших изменений плотности веществ. Состояние движущегося газа с известными термодинамическими свойствами определяется заданием скорости, плотности и давления, как функций координат и времени. Для нахождения этих функций служит система уравнений газодинамики, которая представляет собой выраженные в дифференциальной форме общие законы сохранения массы, импульса и энергии вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
