Главная » Просмотр файлов » R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 35

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 35 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 352019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

ά β=h\v0±+Ci].184III. ONE-DIMENSIONAL FLOWFrom Eqs. (6) and (7) we can deduce the following property of eitherset of curves, particle lines or cross-characteristics. The integral curves, par­ticle lines or cross-characteristics,constant, Co, Co +equidistantc, Co +corresponding2c, ·to equidistantvalues of the·, intersect any straight characteristic atpoints.2.

Centered waves33A particularly simple case occurs when the envelope Ε reduces to a singlepoint, i.e., when the set of straight characteristics consists of radii ema­nating from one point. A flow pattern of this kind is called a centered wave.If we suppose that the center lies at the origin, the quantity x in Eq. (1)0vanishes and (1) reduces to β = x/t.

For polytropic flow Eq. (60 now gives/(8)x\~ith2ort = k[vo±-\± x = - v0\2 / u + 1 )t + k { ^ )as the equation for the particle lines, and Eq. (70 gives(9)Jt = hi [vo ± -or(J-J± x = -vot +fcias the equation for the cross-characteristics.

These equations include allfour cases of centered waves (forward or backward, compression or rarefac­tion). T h e constants k and k\ , which single out individual curves, havepositive values in the case of a rarefaction wave and negative values (to­gether with negative t) for a compression wave. T h e velocity u = dx/dt canbe found by differentiating (8) or, alternatively, by solving for u in the re­lations ( 2 ) , with β =(10)u =where α0=x/t:κ +(κ — l)vo/2 is the sound velocity at a stagnation point (whichoccurs when the particle line has a vertical tangent).

From (10) and υ =Vo ±u there followsίΛ Λ\(11)I*^ \^υ = db——- - +κ + 1ίκ + 1=*—rκ +Since dx/dt = u becomes infinite as we approach the origin along any par­ticle line, as can be noted from (8) and (10), we see that the center of thewave corresponds in a certain sense to the state \u \ =therefore ρ =oo and a =, ν =oo (ando o ) .

On the other hand, since on each ray throughthe center u and ν have constant values, the center is mapped into thewhole line Γ of the speedgraph.13.2CENTERED185WAVESB y means of (11), Eqs. (8) and (9) can be written as*t = constant-v~=h2to ( - )on a particle line,1')(V2V2 / 2£ = constant · ζ Γ= toI )on a cross-characteristic.Then, from (10) we obtain, for later use,λχ -ut = ~ (x2/2± v t) = ^~2^0I\= ±a t I^J(ll")0 0v t2/U-l )(3-Κ)/2(Κ-1) on a particle line,on a cross-characteristic.Since i; is proportional to a and a is proportional to p * , one concludesfrom (11') that, for a given particle, ρ is proportional to the —2/(κ + 1)power of \t\, where | t | is the time elapsing between the actual state andthe state \u \ = P O , ρ = o o . Consequently the density ρ changes monotonically, decreasing in rarefaction waves, increasing in compression waves.2- 1Figure 66 shows the particle lines for various values of the constant kand the speedgraph of a forward rarefaction wave, with VQ = 5, κ = 1.4.

Allother waves of the same type are obtained by affine transformations, whilereflections in the x- or /-axis or both supply waves of the other three kinds(see Fig. 67). A s has been mentioned, the " c e n t e r " point on each particleline corresponds to the state \u \ = ° o , ρ = °° (and to the point at infinityin the speedgraph); by setting / = oo in (11'), we see that the point at in­finity on each particle line corresponds to u = Ψν = F2o /(^ — 1),and ν = 0 in the speedgraph.

A physically possible centered wave canbe represented only by a portion of one of the four regions indicated inFig. 67.0=0If C is the constant in the polytropic relation, i.e., C = p/p , then Eqs.(12.190 and (11) giveK2 / U - l)( 1 2 )' -G^g")"'""" =* For Eqs. (11') and (11") U is a parameter which varies with the particle line orcross-characteristic; it is the time at which u = 0 on the curve considered. On theother hand, VQ and ao are constant for the whole flow.186III. ONE-DIMENSIONALFLOWF I G . 66. Example of a centered forward rarefaction w a v e : vo = 5.

Shown areparticle lines for equidistant values of the constant k.Together, (12) and (10) determine the derivatives θψ/θχ = ρ and θψ/dt =— pu of the particle function ψ(χ,ί) of the centered wave. One can easilyverify by differentiation that(is)M)= ±ltfV^r"-"(vo ±On the other hand, the potential function Φ(χ ί)respect to χ and}- ϋ2-Ρjj'.has u as derivative withu=2κ -1Κ22—412Vas derivative with respect to t. These conditions are fulfilled by the expres­sion(14)Φ(Χ,$ =(τ ^ a*)^-τ ° ·α2It is seen that the centered simple wave is one of the examples discussed inSec.

7.4 [example (a) with c = 0] and in Sec. 12.2 [the example of a solutionfor (12.17c)].For each point (x,t) the Mach number is given by2(15)Μ_ l«l _=2Iu I— I t )=2I χ =F a4\κ — 1Vot db X13.3O T H E R E X A M P L E S OF S I M P L E W A V E S187F I G . 67. T h e four types of centered simple w a v e . Corresponding changes in thetwo planes.with the upper signs for a forward wave and the lower signs for a backwardwave.3.

Other examples of simple wavesL e t us assume that the envelope Ε of the straight characteristics consistsof two arcs AB and CD (see Fig. 68), both tangent to a straight line BC.DυFIG. 68. Limited simple-wave disturbance.188III. ONE-DIMENSIONALFLOWW e suppose further that the tangents at A and D are parallel and haveslope α,ο, the sound velocity at u = 0, measured from the /-axis. Then fora forward wave the image of that part of the x,/-plane covered by thetangents to Ε is the segment A'B' of the 45° line, where A' (= D') has thecoordinates u = 0, ν = v , and the endpoint B' ( = C") with coordinatesu v say, may be found by reversing the usual construction: draw theparallel to BC through Μ in the speedgraph plane and then the line withslope —5 meeting the 45° line at B'.

T h e flow pattern in the x,/-plane isuniquely determined in the region mapping into A'B', i.e., in the region be­tween the parallel tangents at A and D, with the exception of the tworegions AAB and DDC in which tangents to Ε intersect each other. Sincethe tangents at A and D are characteristics, the solution in the adjoiningregion may be analytically quite different provided merely that the com­bined solution is continuous along these lines.

Thus we may assume thatu = 0, ν = v outside these parallels. T h e map in the speedgraph of theseregions is then the point A'.In the time interval determined by the two horizontals through Β andC, say / = Z_2 and / = Z , the motion is determined for all x. T h e pajticlelines can be constructed easily by means of the speedgraph or can be com­puted according to the formulas developed in Sec. 1. W e wish however tostudy how the w-values, considered as functions of x, change in time (seeFig. 69).0hh02A t the time / = Z , the midpoint of the interval mentioned above, thevelocity is zero for all points to the left of A , it increases as we cross thestraight characteristics from zero at A to the maximum value u, at Ο000• xFIG.

69. Distortion of the velocity profile.13.3OTHEREXAMPLESOF S I M P L E189WAVES(which maps into Β'), and then drops to zero again at D . If the arcs A Βand CD are symmetric with respect to the point 0, the curve of u versus χwill be symmetric with respect to the line χ = constant through 0 (see themiddle diagram of Fig. 69). N o w the u-values are constant along a straightcharacteristic. Thus, if we examine the w-values along t = ti, the samew-values are found, but further to the right, corresponding to greater valuesof x. I t is clear, however, that the rate of movement to the right is largestfor the maximum value u\ and least for the end values.

T h e analogous phe­nomenon, only with shifting to the left, takes place if we pass from / = toto t = L.i (see Fig. 69).0This flow pattern obviously represents the behavior of a limited dis­turbance within a fluid otherwise at rest and it shows clearly that the ex­pression " w a v e " is appropriate. T h e two endpoints of the disturbanceprogress at the rate a while the culmination point moves at a higher speed,(see DoD and AD in Fig. 69). Thus, the front part of the wave is steepened,while the rear part is flattened out.

This result may be compared with theresults of Sec. 4.2 for a small perturbation where we found that each partof the initial disturbance progresses, unchanged in shape, at the soundspeed ao · There, however, in omitting the terms of higher order in thebasic equations, we made the problem in the x,/-plane a linear one, so thatthe characteristics were the same for all solutions and, in fact, the parallelsof slope ± a . T h e exact solution, here considered, shows that the charac­teristics are divergent to the rear of the flow and convergent to the front;this brings about a distortion of the curves of u versus x.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
10,77 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6418
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее