Х.А. Рахматулин, А.Я. Сагомонян, А.И. Бунимович, И.Н. Зверев - Газовая динамика (1161656)
Текст из файла
Х. А. РАХМАТУЛИН, А. Я. САГОМОНЯН, А. И. БУНИМОВИЧ, И. Н. ЗВЕРЕВ Газовая динамика Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов университетов ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛАь Москва — 1965 ПРЕДИСЛОВИЕ В связи с развитием скоростной авиации, ракетной, космической и ряда других отраслей техники, внимание исследователей было привлечено к созданию теории движения газа. Эта область механики сплошной среды получила название газовой динамики. В настоящее время знание основ газовой динамики становится необходимым для любого исследователя в области механики, физики„инженера-машиностроителя в области космической техники авиации, компрессоростроения, газотурбинных двигателей.
Настоящая книга возникла на основе курсов лекций по газовой динамике, читаемых авторами книги на механико-математическом факультете Московского 1 осударственного университета. Наряду с основным курсом газовой динамики, который ведет Х. А. Рахматулин, авторы книги читают ряд специальных курсов, содержащих более подробное изложение основных вопросов термодинамики газовых процессов, нестационарного движения газов, теории пограничного слоя, аэродинамики РазРеженных газов. Настоящая книга, по мысли автоРов, должна познакомить читателя с основами этих направлений газовой динамики.
Авторы сочли целесообразным уделить большое внимание термодинамическому введению в газовую динамику (гл. 1), учитывая все большую роль термодинамики в практических газодинамических задачах. В книге большое внимание уделено современным числовым методам решения задач газовой динамики, основанным на использовании электронных вычислительных машин, за счет существенного сокращения изложения традиционных графических методов. Книга написана коллективом авторов в составе: Х. А. Рахматулин (Введение, гл. 1Ъ', Ч, Ч1, 1Х), А.
Я. Сагомонян (гл. П, ЧП, П11, 5 10 гл. П1), И. Н. Зверев (гл. 1, П1, й 15 гл. П), А. И. Бунимович (гл. Х, Х1, 5 4 гл. 1Х). Глава ХП написана А, Н. Румынским. Пользуясь возможностью, авторы выражают благодарность за ряд ценных указаний, высказанных при чтении рукописи, коллективу кафедры механики сплошной среды Киевского Государственного университета, заведующему этой кафедрой акад. АН УССР И. Т. Швецу, рецензентам доц. В.
И. Путяте, проф. И. А. Панич- кину и редактору книги к. т. н. А. С. Гиневскому, асс. Ю. И. Гримзе, мл. научному сотруднику Н. В. Крисе. Авторы ясно представляют себе, что попытка изложить в одной книге такого объема современное состояние газовой динамики может быть несвободна от недостатков, и будут благодарны за указания и сообщения, которые помогут улучшить книгу. Введение Всякое вещество состоит из мельчайших частиц: атомов, молекул, электронов, ионов и т. д.
Размеры этих частиц очень малы, например, диаметр атома порядка 10 з см. Газы и жидкости состоят из молекул, в большинстве своем являющихся химическим соединением нескольких атомов. Молекулы жидкостей и газов находятся в непрерывном движении. Но молекулы газов более подвижны, и расстояния между ними значительно больше, чем расстояния между молекулами жидкости. Многие твердые тела состоят из кристаллов, которые образованы из атомов, расположенных определенным образом друг относительно друга. При повышении температуры твердые тела превращаются в жидкости или газы. При понижении температуры происходит обратный процесс.
От твердых тел и жидкостей отличаются так называемые высокие полимеры (резина, хлопок и др.). Эти последние состоят из щепочек» молекул. При деформациях указанные цепочки имеют возможность развертываться и тем самым обеспечива1от возможность больших деформаций без изменения расстояния между молекулами в звеньях цепочки. В настоящей книге мы будем заниматься исследованием движения газов При рассмотрении движения газов около тел, размеры которых значительно больше межмолекулярных расстояний, или движения между стенками, отстоящими на значительном удалении друг от друга по сравнению со свободным путем пробега молекул, мы вполне можем пренебречь фактическим строением газов и жид- костей и считать, что они сплошным образом заполняют простран- ство.
Очевидно, по тем же соображениям, твердые тела тоже могут быть рассматриваемы как тела, сплошным образом заполняющие некоторую часть пространства. Это обстоятельство позволяет в механике ввести понятие сплошной среды. Прежде всего заметим, что в рамках понятия сплошной среды можно отличить; твердые тела от газов и жидкостей, идеальную жидкость от вязкой жидкости, сжимаемую — от несжимаемой.
Введенное понятие позволит учесть существенные свойства реальных веществ. Заметим следующее: если материя сплошным образом заполняет пространство, то, казалось бы, эта среда должна быть несжимаемой. Но, как мы упомянули, сплошная среда может быть рассматриваема как сжимаемая. Не следует полученное противоречие считать неразрешимым. Оно показывает диалектический характер понятия сплошной среды.
Возможность н реальность сжимаемой сплошной среды отражает только то, что во многих вопросах мы можем не учитыватьсуществование межмолекулярного расстояния, но в то же время допускать возможность различной степени концентрации масс в данном объе- ' ме, что может быть только за счет измейення указанного расстояния. Введенное понятие сплошной среды не должно противоречить тем законам, которыми мы будем пользоваться в дальнейшем для исследования движения. Действительно, сжимаемость сплошной среды не противоречит закону сохранения вещества, если допустить переменность плотности (количества вещества, приходящегося на единицу объема). Очевидно, что понятие сплошной среды не может противоречить также и законам механики и термодинамики.
Посмотрим теперь, чем отличается твердая сплошная среда от жидких и газообразных; дадим сначала определение жидкости, Жидкостью мы называем сплошную среду, у которой в состоянии покоя сила воздействия одной ее части на другую нормальна к разделяющей их поверхности в любой ее точке. Итак, если провести любую малую площадку через некоторую точку А покоящейся жидкости, то действующая на эту площадку сила будет нормальной к ней вне зависимости от ее ориентировки в пространстве. Идеальной жидкостью называется сплошная среда, у которой это сво свойство имеет место не только в состоянии покоя, но и при движении. нии.
Вязкая жидкость в состоянии покоя обладает свойством идеальной жидкости, но при движении в ней возникают касательные силы воздействия одной ее части на другую. Твердая среда от жидкостей и газов отличается тем, что сила воздействия одной ее части на другую существенно зависит от ориентации площадки, по которой они соприкасаются, и не направлена по нормали к ней. Этим свойством твердые тела обладают как при движении, так и в покое, в отличие от вязкой жидкости.
С точки зрения введенных понятий, газ является жидкой сжимаемой сплошной средой. Так же как при изучении движения жидкостей, при исследовании движения газов последние могут рассматриваться либо как идеальные, либо как вязкие. Наука, изучающая движение газа, называется газовой динамикой. Она начала бурно развиваться в связи с ростом скоростей полета различных аппаратов и движения газов в каналах. Газы при малых скоростях движения ведут себя так же, как несжимаемая жидкость.
При больших скоростях движения сжимаемость оказывает существенное влияние на течение. При очень больших скоростях движения тела, например, при движении боеголовок межконтинентальных ракет, искусственных спутников Земли и особенно межпланетных кораблей, при их входе в атмосферу планет происходит не только изменение плотностей газа, но и существенное повышение температуры, что вызывает физико-химические изменения в газах. С повышением температур происходит расщепление молекул на атомы или на более простые молекулы. Этот процесс называется диссоциацией.
Диссоциация воздуха, например при атмосферном давлении, начинается при температурах 2000'К. При очень высоких температурах происходит ионизация газа. В этом случае на движение газа будет оказывать влияние электромагнитное поле. При высоких температурах на движение газа также влияет излучение. Если средней длиной пробега по сравнению с характерным размером обтекаемого тела пренебречь нельзя, то при исследовании движения необходимо учитывать дискретный характер газовой среды.
Настоящая книга в основном посвящена движению совершен- ного газа. В ней подробно излагается теория течения газа с постоян- ными удельными теплоемкостями и приводятся некоторые основные сведения из теории движения газа с учетом вышеуказанных физико- химических процессов. Глава ! Термодинамика ф 1. Введение В связи с изучением в настоящее время быстрого движения газового потока или быстрого движения тел в газовом потоке происходит качественно . изменение методов аэрогидромеханики. Течение газа с большими скоростями сопровождается различными преобразованиями энергии. Газы вследствие своей легкой сжимаемости способны производить значительную работу расширения (работу деформации), которая по первому закону термодинамики связана с изменением внутренней энергии.
В аэрогидромеханике течений с малыми скоростями, когда тепловая энергия велика по сравнению с кинетической энергией, можно пренебречь изменением тепловой энергии при изменении кинетической энергии, и нет необходимости пользоваться термодинамическими понятиями. При больших скоростях движения тела в газе происходит сильное нагревание газа и тела, которое может повлечь за собой диссоциацию, ионизацию газов, вызвать излучение и фазовые превращения; при быстром движении газа в аэродинамических трубах также происходят фазовые превращения. В связи с этим термодинамические понятия и законы термодинамики приобретают важное значение.
Термодинамика рассматривает явления, обусловленные совокупиымн действиями огромного числа непрерывно движущихся частиц. Несмотря на то что движение частиц подчиняется механическим закономерностям, мы имеем здесь новые условия, благодаря которым механические закономерности отступают на задний план, а с наибольшей силой начинают проявляться закономерности статистические Термодинамика изучает тепловую форму движения материи, изучает ие только тепловые, но и механические, магнитные, химические электрические и другие явления в средах, с точки зрения особен- ностей теплового движения в них.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
