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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 49

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 49 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 492019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 49)

Then from (44)(45)Αθ =6 =*({,)m-θ&ηο) =(ηι-f)-(ηο -ξ)=ηι -ηο .Thus this angle depends only upon the two fixed C~-lines, and not on thevariable ξ. Also, interchanging the role of the two families, we obtain(45')Δ'β =e' =*(&,„)-θ(ξ ,η)0=|o -ξιSimilarly for the angle Q(q), which is a function of q, M, p, or p:(45")Δ<? = Q F C 1,0 -Q(l;, ηο) =IH -η„ =-€,Thus, it is seen that the angle between the flow directions atcorrespondingpoints of two fixed characteristics remains the same all along these characteris­tics) and an analogous constancy relation holds for the differences in Q.sIn Sec. 4 we indicated how the net of M a c h lines is determined in a cer­tain domain by specific types of boundary conditions. T o construct thisnet we used the compatibility relations (24) in the form of finite differenceqqF I G .

96. Constancy of ΔΘ along characteristics.16.7259N E T S OF C H A R A C T E R I S T I C Sequations (25) and the direction conditions (23). This most direct proce­dure, essentially due to J. Massau, becomes a practical approximationmethod if the compatibility relations are used in the form (43) together with(23) and with a tabulation of Θ (or Q) as a function of q along a M a c h line(see end of preceding section). A first approximation thus found can beimproved b y iteration. I n the following we describe a few other usefulprocedures, both numerical and graphical, for the determination of theMach lines, if the net of Γ-characteristics is considered known.T o fix ideas, consider the characteristic boundary-value problem where weknow that two arcs OA, OB in the #,?/-plane are parts of a £-line and an17-line, respectively. T h e case where the whole or part of one of these curvesis a straight line will be considered in A r t .

18 where we shall study so-calledsimple waves; here they are assumed to be curved. Consider a subdivision£0, £ 1 , · * · , £m , * · · on OA and η ,· · · , η , · · · on OB and a corres­ηι,0ηponding lattice where a general nodal point has the coordinates (ξπι,ηη)or briefly (m,n).Then from Eqs. (44), 0(46)—6mnθτηΟ —m n= 77 — £ , we havenθθη +m000 =0.Similarly(460Qmn~QmO~Qon+QoO= 0.Hence knowing 0 and Q at the subdivision points on OA, OB, we can deter­mine them at all nodal points.W e still need, however, the coordinates x ymnin the physical plane cor­mThresponding to ( £ , η ) to which qmηm nbelongs. T o find these coordinates, i.e.,our original independent variables, we use a step-by-step procedure.

T h esimplest is the recurrence procedureχ„t/mny-m—l ,n— t»anVmnVm,n—1—Φτη-Ι,η+Φ mn+Φ mn~/\%mn\Xm—1 ,n)j(47)xwhere the x o ,y ,o,m>mpoints along OAΦτη,η-l—tan/\\XmnXm,n—l)jΧο,η , 2/o.n are the known coordinates of the subdivisionand OB,respectively; the φ^η, Φ^η are known at allnodal points since 0 and q are known there. Thus (47) are two simultaneouslinear equations which determine x ,mny -i,nmym noncex ,n-i,my n-\mtand x _ i , ,mnhave been found. According to the quasi-linear character of ourproblem the original unknowns 0, q are found first through the linear com­patibility relations, or in other words through our knowledge of the net inthe hodograph, while for the independent variables χ and y we need a step­wise procedure based on the direction conditions.

T h e indicated procedure,200IV.PLANESTEADYPOTENTIALFLOWwhich is, of bourse, essentially a rearrangement of that in Sec. 4, can like­wise be made more accurate by means of iterations.T h e best known graphical procedure for constructing the Mach net isbased on the property that the C , C~ through Ρ are perpendicular to theΓ~, Γ through P' in the hodograph. Consider a C~ in the physical planewith points P i , P , P3, · · · on it and known velocity vectors q i , q ,q , · · · .

If we plot these in the hodograph, their endpoints P[,P ,P 3 , · · · lie on the corresponding Γ". Then the tangent at P[ to this Γis perpendicular to the characteristic C t through P (Fig. 97). This is usedsystematically in a procedure due to A . Busemann (see Fig. 98). Denotelattice points in the hodograph by P'. Then, starting from the givenboundary values, the Mach net of points Pis constructed successivelyaccording to the rule++2232-tmnmnΡmnPm,n-\-\ -LPmnPm—1 ,n >Ρ m n P m - f l ,n -LΡmnPm, π—1 ·In this way the r~-curves correspond to the C~, and the Γ to the C ;dotted line segments in the hodograph which have r e d i r e c t i o n are per­pendicular to dotted segments in the flow plane which have C -direction,+++F I G .

0 7 . Graphical construction of Mach lines.F I G . 98. Reciprocal lattices in flow plane and hodograph.17.1 D I F F E R E N T I A L E Q U A T I O N S F O R L E G E N D R E T R A N S F O R M S261and similarly for Γ and C~. If in the physical plane each mesh is denotedby the two numbers equal to the smallest pair of subscripts of the fourcorners P ,it is seen that the mesh (i,k) corresponds to the point P\ in thesense that the four sides around the mesh (i,k) are respectively normal tothe four sides through P' (reciprocal lattices).+ikkikArticle 17Further Discussion of the H o d o g r a p hMethod1. Differential equations for the Legendre transformsIn the preceding article we started with the two nonlinear partial differ­ential equations of first order, (16.1) and (16.2), which express continuityand irrotationality. Transforming these to natural or intrinsic coordinates,we obtained the basic nonlinear equations (16.7) for q and 0, which to­gether with Eq.

(16.10) defined the problem completely. In Sec. 16.2 thepotential φ and stream function ψ were introduced by means of (16.15),(16.17), and (16.18). T h e equations (16.18) with ψ and ψ as dependent, χand y as independent variables, or their natural form (16.18') again con­stitute a pair of nonlinear partial differential equations of first order. These,although simple in appearance, are quite complicated since ρ has to be ex­pressed in terms of q, and q in terms of φ. N e x t we derived a nonlinearsecond-order equation for φ alone and one for ψ alone, Eqs. (16.14) and(16.21), and the corresponding intrinsic forms (16.16') and (16.20'). InSec. 16.5 the hodograph transformation was introduced and it led to variouslinear equations.

Using now q and 0 (the previous dependent variables) asindependent variables, we obtained the basic linear equations of first order(16.31), and also the equations of second order (16.32) or (16.32'), (16.33)or (16.33') for ψ alone or φ alone, respectively.In this and the following section we shall give still other useful equationsof the problem. I t is left to the reader to consider and determine variousanalogies with the equations of Chapter I I I .One pair of nonlinear equations in the physical plane for the velocitycomponents q = u, q = ν consists of Eqs. (16.2) and (16.14):xyIV.262PLANESTEADYPOTENTIALFLOWThese equations can be linearized by the direct interchange of variablesintroduced in Sec. 10.6 and used in Chapter I I I .

If the Jacobian. _ du dvJ~ dxdydu dv _d(u,v)dydx~d(x,y)is different from zero we obtain the linear system/ 22s(α -u)dy ,(dxuv[ — +(3)dy\,J + (a -2\dx2v) —Λ= 0,- Ου= οduT o satisfy the second of these equations we introduce a function Φ(μ,ν)such that** = χduthen the first Eq. (3) yields(4)W** = νdv'X )/r\/ 2(5)(α2x 5 Φ .θφ. /2u ) — + 2ui; — — + (α 2-yΟ^Φ2\20ν) —Λ= 0.T h e Φ introduced in this way is the Legendre transformof the potential φ.9From Eqs. (4) and (16.15) we have(4')άΦ = χ du + y dv,a\p = udx+ ν dy,and by integration we obtainΦ = f(x du + y dv) = J d(xu + yv) — J(u dx + ν dy)= xu + yv — φ.Hence, between φ considered as a function of χ and y and its transform Φconsidered as a function of u and v, the relations,.d<p .

dtpΦ = xu+yv — φ = x — + y(6)8,<p = ux +XdφV_dΦ ,dΦvy — Φ = u1- νdudv.Φhold.Using q, Θ as independent variables instead of u, ν and introducing theabbreviations(7)χ cos θ + y sin θ = X,y cos 0 — χ sin 0 =F17.1 D I F F E R E N T I A LEQUATIONS FOR LEGENDRE TRANSFORMS263for the components of the radius vector r in the direction of the flow andnormal to it, we obtain from ( 6 ) : Φ = q (x cos Θ + y sin θ) — φ = qX —φ, so that<«·> M'^and(6')= q^L dqφφ,Φ = Χ ^ - φ.dsT h e following relations, derived from Eqs.

(16.17) and ( 4 ) , serve t o deter­mine the stream function ψ, if Φ(η, V) is known:, v0dxj/(d% ,d% \θψq θθ)'dd ~~θΦ(,2d%\ordq"\dqd6PPV dqdd )'2Likewise, a Legendre transform Ψ of the stream function ψ may be defined.If w e interchange the variables x, y for the variables pu, pv, the continuityequation becomesdxd(pw)4-yd(pv)d=πThis equation may be satisfied by introducing a function Ψ of pw and pi>such that(9)a(pw)= y,ΓΤ—τ =θ(ρν)- ζalso,-y—d(p?)=F.B y integration of ( 9 ) , the following relations, analogous to (6) and ( 6 ' ) ,obtain:ψ = puy -pvx -ψ = x -+ y--ψ = Υ - - φ ,(10),dVdYΨ = pu - — - + py -j—- Ψ = pq —— d(pw)a(py)a(pg)W e now derive α pair o/ first-order equations for Φ and Ψ analogous to Eqs.(16.31).

Характеристики

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

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий 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