Г.В. Липман, А. Рошко - Элементы газовой динамики (1161618), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, отказ от 'включения конкретных конструктивных данных является следствием высокого мнения о техническом проектировании, а никак не наоборот! Упражнения, которые даются в конце книги, предназначены главным образом для того, чтобы показать, как используется текстовой материал, а также кратко охарактеризовать некоторые не вошедшие в книгу направления, результаты и соотношения. Задачи, сводящиеся к простым числовым расчетам, были почти полностью исключены.
Мы полагаем, что такие задачи лучше всего может составить преподаватель или даже сам студент; эти задачи заняли бы слишком много места, принося сравнительно мало пользы как преподавателю, так и студенту. Другими словами, обязанности и компетенция преподавателя рассматриваются нами в таком же плане, как обязанности и компетенция конструктора. Предварительные сведения, необходимые для .ознакомления с книгой, таковы, что последняя может быть использована в качестве учебника для старшего курса общеобразовательного цикла и для первого курса специализированного цикла. В Калифорнийском технологическом институте часть предлагаемого материала излагается во вводном курсе, а другая часть — в специальном курсе.
Предполагается, что студент владеет анализом и знаком с элементарными понятиями физики. В тексте встречаются отмечен- 10 Предиелееие аетерее ные звездочкой пункты, требующие более высокой подготовки, однако их наличие не приводит к существенному нарушению целостности характера изложения, так как при первом чтении они могут быть опущены. Ссылки в тексте даются обычно только там, где была использована недавно опубликованная специальная статья. В книге нет систематических ссылок на работы, сделавшиеся уже „классическими".
В конце приведен список рекомендуемой литературы, Мы приносим извинения за отсутствие систематичности в расположении ссылок в тексте и за те очевидные пробелы и несообразности, которые получились в результате этого. Ясно, что каждый автор, являющийся членом активной и тесно сплоченной исследовательской группы, имеет тенденцию разделять взгляды и интересы этой группы. Поскольку мы не являемся исключением из этого правила, то в некоторых частях книги обнаруживается известное .преобладание материалов ОАЕС1Т. В период работы над рукописью нам очень помогло общение со многими из наших коллег. Мы особенно признательны 3.
Блевиссу, Дж. Коулу, Э. У. Грехэму, П. А. Лагерстрому и К. Б.Милликену. Значительная часть материала 5-й главы обязана своим происхождением беседам с доктором П. Вегенером. Мы благодарим также доктора У. Д. Хейза за критический и конструктивный просмотр первоначального варианта рукописи и г-на Бред- форда Стертеванта за тщательную и умело выполненную проверку корректур. Значительную долю труда по подготовке рукописи приняли на себя г-жа Беверли Коттингем и г-жа Элра Тингли. Г. В. Лиаман А.
Рошко Паеадена, Калифорния, ноябрь 195б г. Глава 1 СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕРМОДИНАМИКИ 1.1. Введение В основе всякой физической теории лежит некоторая совокупность результатов, полученных экспериментальным нутем. Из первоначальных конкретных наблюдений путем абстракции выводятся общие принципы, которые могут формулироваться словесно или в виде математических уравнений. Указанные принципы применяются затем для объяснения некоторой группы физических явлений и установления взаимосвязи между ними, а также для предсказания новых явлений. Совокупность экспериментальных основ термодинамики облекается в форму так называемых основных законов, или начал.
Одним из таких законов является закон сохранения энергии— общий для термодинамики, механики, электродинамики и т. д. Он позволяет ввести понятие о внутренней энергии системы. С помощью других основных законов термодинамики устанавливаются и определяются свойства энтропии и температуры — двух понятий, специфических для термодинамики и играющих в ней ведущую роль. Принципы,,сформулированные в виде этих основных законов, применяются для определения связи между равновесными состояниями материи в макроскопическом смысле.
Например, термодинамика устанавливает соотношение между удельными теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме; она определяет зависимость между температурой, давлением пара и скрытой теплотой парообразования; она указывает верхние границы коэффициента полезного действия при циклических процессах и т. д. Гидромеханика идеальных жидкостей, т. е. невязких и нетеплопроводных жидкостей, представляет собой распространение термодинамики равновесных состояний на движущиеся жидкости. В дополнение к внутренней энергии, которой обладает покоящаяся жидкость, следует учитывать теперь кинетическую энергию жидкости. Отношение кинетической энергии, приходящейся на единицу массы, ко внутренней энергии на единицу массы представляет собой характерный для' гидродинамических задач безраз- ГА.
1. Сведения ие термодинамики мерный параметр; в простейших случаях это отношение прямо пропорционально квадрату числа Маха. Результаты термодинамических расчетов могут почти непосредственно переноситься на случай течения идеальной жидкости. Гидромеханика реальных жидкостей идет дальше классической термодинамики. Первостепенный интерес представляют здесь процессы переноса количества движения и тепла, причем система, через которую переносятся количество движения, тепло, масса и т. д., не находится в состоянии термодинамического равновесия; исключением из этого правила являются лишь некоторые весьма тривиальные случаи, как, например, перенос однородного потока массы через неподвижную систему.
Однако, несмотря на то, что термодинамика не может быть полностью и непосредственно применена ко всем стадиям течения реальной жидкости, она часто оказывается чрезвычайно полезной при установлении связи между начальными и конечными условиями. Группу таких задач лучше всего иллюстрировать следующим простым примером. Предположим, что замкнутый теплоизолированный сосуд разделен диафрагмой на две части. В этих частях содержится один и тот же газ, но при различных давлениях р, и р„а также при различных температурах Т, и Т,. При внезапном удалении диафрагмы возникает сложная система ударных волн и волн разрежения, которые в конце концов затухают благодаря влиянию вязкости. Термодинамика без труда предсказывает давление и температуру в этом конечном состоянии.
На долю гидромеханики реальной жидкости выпадает гораздо более трудная задача о расчете давления, температуры и т. д. как функций времени и положения точки внутри сосуда. При больших значениях времени давление и температура будут приближаться к своим термодинамически найденным значениям. Иногда бывает, что нужны только эти конечные равновесные значения, а следовательно, можно успешно воспользоваться термодинамическими рассуждениями даже и при решении задач, связанных с течением реальной жидкости. В гидромеханике течений с малыми скоростями нет надобности пользоваться термодинамическими понятиями: тепловая энергия жидкости при этих условиях настолько велика по сравнению с кинетической энергией, что температура останется примерно постоянной, даже если вся кинетическая энергия перейдет в тепло. В современных задачах о течениях с большими скоростями справедливо как раз противоположное. Кинетическая энергия может быть велика в сравнении с тепловой энергией движущегося газа, и температура практически может претерпевать большие изменения.
Следовательно, термодинамические понятия приобретают теперь все более важное значение. На этом основании в данную 7.3. Параметры состояния главу включается частично материал, требующий сравнительно высокой подготовки читателя и не используемый в большей части последующих глав. Пункты, отмеченные звездочкой, при первом чтении могут быть пропущены без нарушения целостности текста. 1.2. Термодинамические системы Термодинамическая сисрлема представляет собой некоторое количество материи, отделенное оболочкой от „окружающей среды". Исследование системы производится с помощью измерений, выполняемых и регистрируемых в окружающей среде. Так, введенный в систему термометр составляет часть окружающей среды. Работа, производимая при движении поршня, измеряется, например, степенью деформации пружины или величиной перемещения некоторого груза в окружающей среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
