Г.Г. Чёрный - Газовая динамика (1163308), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Л. Прандтль и А. Буземан — в Германии, Я. Аккерет и А. Стодола — в Швейцарии, Л. Крокко — в Италии, Дж. Тэйлор — в Англии, Т. Карман и С. Тзян — в США, Н. Е. Жуковский, С. А. Чаплыгин, А. А. Фридман, Н. Е. Кочин, М, В. Келдыш, И. А. Кибель, Ф. И. Франкль, С, А. Христианович — в России и в Советском Союзе, многие другие исследователи в разных странах постеш нно придавали газовой динамике образ самостоятельной единой науки. В эги же годы создавались основы экспериментальной техники для моделирования течений сжимаемого газа.
К середине 30-х гг. в Англии, Италии, Германии, США, СССР были построены первые аэродинамические трубы для изучения течений газа с большими скоростями. В !935 г. в Риме состоялось первое представительное международное собрание, специально посвященное теоретическим и экспериментальным аспектам аэродинамики больших скоростей,— Ч Вольта- конгресс.
Труды этого конгресса были изданы и в СССР* ). С этого времени термин «газовая динамикав (англ.— яаздупаш!сз, нем.— 1зазбупаш!к, фр.— дупаш!9це без айаг) стал общепринятым для обозначения той ветви механики жидкости и газа, которая изучает проблемы движения сжимаемых сред в условиях, когда сжимаемость среды проявляется в основном вследствие изменения ее давления при движении, Динамическая метеорология, изучающая движения воздуха в атмосфере под влиянием солнечной радиации и при взаимодействии с поверхностью суши и океана, выделилась в самостоятельную область е) Рус.
перл Гааоваа динамика.— М.; Л.: ОНТИ, 1938. пРедислОВие знания. Точно так же, в значительной мере самостоятельно (хотя и во многом в соприкосновении с газовой динамикой), стала развиваться акустика, изучающая распространение в сжимаемой среде звуковых волн, т. е. малых периодических возмущений давления. В предвоенные годы, главным образом в связи с практическими проблемами повышения скорости полета самолетов, наступил период бурного развития газовой динамики. При этом основополагающую роль в теории сыграла извлеченная из забвения упоминавшаяся ранее работа С. А. Чаплыгина.
В послевоенные годы продолжалось стремительное развитие газовой динамики; к середине 60-х гг. она превратилась в разветвленную область знания, составляющую основу ряда направлений естествознания и многих областей современной техники. Прогресс в этих направлениях в значительной мере стал основываться на достижениях газовой динамики. Газовая динамика с ее сложными и хорошо поставленными математическими задачами на всем протяжении ее развития оказывала значительное стимулирующее влияние на ряд областей математики, и некоторые из них целиком обязаны своим возникновением проблемам газовой динамики. Под определенным воздействием потребностей газовой динамики происходило и происходит развитие вычислительной математики и вычислительной техники.
Нелишне в связи с этим упомянуть, что в числе первых задач, решенных с использованием быстродействующих электронных вычислительных машин еще в 40-х гг., наряду с задачами атомной техники, были задачи газовой динамики: задача обтекания кругового конуса сверхзвуковым потоком, задача о распространении волны сильного взрыва с учетом противодавления воздуха и некоторые другие. На фундаменте классической газовой динамики в последние десятилетия интенсивно развиваются ее новые специальные и прикладные разделы: физико-химическая газодинамика, сама уже представляющая совокупность ряда направлений, таких как физико-химическая гиперзвуковая газовая динамика, связанная с изучением полета тел в атмосфере Земли и других планет с очень большой скоростью, когда возникающая высокая температура обтекающих тело газов делает необходимым учет разнообразных химических превращений в газах; радиационная газодинамика, связанная с тем же кругом проблем гиперзвукового полета, с задачами горения газовых смесей, в которых необходимо учитывать процессы переноса лучистой энергии в газах, с задачами распространения мощных потоков излучения в газах; релаксационная газовая динамика, в которой определяющую роль играет неравновесный характер протекающих в газе физико-химических процессов, имеющая приложения и в гиперзвуковой аэродинамике, и в теории многих процессов химической технологии, и в теории газодинамических лазеров; магнитная газодинамика, тесно смыкающаяся с теорией плазмы, традиционно относящейся к физике высоких температур, хотя во всех перечисленных выше областях физико-хи- пРедислОВие мической газодинамики, относящихся к разделам механики, приходится иметь дело и с ионизованными газами, т.
е. с плазмой. В обширную область науки превратилась газодинамика горения и взрыва, основы которой заложены классической газодинамикой, с такими ее разделами, как горение однородных смесей в замкнутых и свободных объемах и в проточных каналах, теория взрыва и детонации газовых смесей и конденсированных сред, диффузионное горение, теория пожаров. Сохраняются еще проблемы и в классической газодинамике. Эти проблемы связаны в значительной мере со строгим математическим обоснованием разрешимости ряда задач газовой динамики и с изучением тех свойств пространственных трехмерных течений и неустановившихся двумерных течений, которые не проявляются в течениях меньшей размерности.
Нужно подчеркнуть, что точное предсказание деталей течений газов более или менее сложной пространственной конфигурации может быть произведено только с использованием численных методов и быстродействующих вычислительных машин. И в некоторых сравнительно простых условиях, рассматриваемых в классической газодинамике, количественные результаты тоже можно получить только путем численных расчетов. Затача классической газодинамики состоит в первую очередь в том, чтобы объяснить и описать качественно главные свойства и особенности течений газа в различных условиях.
Для этого в большинстве случасв достаточно рассмотреть движения, зависящие от двух координат: от одной пространственной координаты и от времени — для неустановившихся движений, от двух пространственных координат— для установившихся движений. Кроме того, в классической газодинамике используется простейшая термодинамическая и механическая модель сжимаемой среды — идеальный в механическом отношении газ, представляющий собой двупараметрическую среду, частицы которой находятся при движении в состоянии локального термодинамического равновесия.
При этих упрощениях основная масса результатов может быть получена аналитическими методами. В настоящей книге преследовалась именно эта цель †изложен классической газовой динамики на основе использования наглядных аналитических и геометрических методов.
Некоторые конечно-разностные схемы расчета течений, использованные в книге, не преследуют цели фактических вычислений, они в большей мере являются эвристическим приемом, показывающим разрешимость соответствующих задач и облегчающим описание некоторых свойств течений газа. Во многих учебных руководствах используется только простая конкретная термодинамическая модель газа — совершенный газ с постоянными теплоемкостями. Мы сочли возможным основную часть материала изложить для более общей модели — нормального газа, однако все результаты доведены до конечных формул и для совершенного газа с постоянными теплоемкостями, поэтому при желании можно ограничиться рассмотрением лишь этой модели.
повдисловив В книге значительное место (ббльшая часть гл. 1) отведено вопросам, обычно не включаемым в руководства по теоретической газовой динамике. Этот материал служит цели облегчить переход от теоретической газовой динамики к некоторым ее прикладным техническим разделам †аэродинами, теории воздушно-реактивных двигателей и других газовых машин, теории трубопроводного транспорта газа и т.
п. *). Усвоение материала книги требует знания основ механики сплошной среды, включая ее термодинамические разделы, желательна осведомленность в общих вопросах механики жидкости и газа !! — 41. Несколько слов личного характера. Мне посчастливилось учиться газовой динамике в первые послевоенные годы на лекциях и семинарах И, А, Кибеля, Х. А. Рахматулина, Л. И, Седова, Ф. И. Франкля в Московском государственном университете.
Разные по характеру, по манере чтения лекций, по стилю общения со студентами на семинарах, эти люди своей страстностью, эрудицией, причастностью к решению наиболее актуальных тогда естественнонаучных и технических проблем увлекли в мир науки многих молодых людей из тех, кому выпала радость общения с ними. После университета я начал работу в коллективе, где царила атмосфера творческого поиска, общего устремления к решению прикладных проблем газовой динамики больших скоростей. Я с благодарностью думаю о Г. Н. Абрамовиче, Г.
И. Петрове и многих других, с кем мне довелось общаться и вместе работать. Именно тогда в далеком уже теперь 195! году по просьбе М. В. Келдыша я сначала заменил его на первых лекциях по газовой динамике для группы студентов Московского физико-технического института, а затем и прочитал курс до конца. М. В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
