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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 50

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 50 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 502019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 50)

Using the last of E q s . (9) and the relation dp/dq = —pq/a , wefind immediatelyφ = puy -vx -P2264IV. P L A N E STEADY P O T E N T I A LFLOW3ΨdqδΨ _δθ~d(pq)dqδΨd(pu)δΨd(pv)d(pu)δθd(pv)δθ_=χP<1Hence,δΨ(9.,Tr/,„ 2xδΨrg-,r<i-*\£--«x,and substituting from ( 4 " ) we obtain the desired equations:dqqdd3ΘdqElimination of Φ or Ψ in the usual way, yields the linear second-order equa­tions:/(0x2)1,qθΦ , θΦΓ ^ Μ - ^ + ^+2#Φ^ = ° '22,,,νgd( 1 3 )Π Γ Μ*^22* , d+2θ*d Γ* ,+p ?a*Tq °=LP(I-rfgΊgM )]2Comparing the second-order equations for φ, ψ, Φ, and Ψ, we note that thosefor ψ and Φ, namely, Eqs.

(16.32') and (12), are simpler than the othertwo.2. Other linear differential equations(a) Equations for X and Ζ = qY. If Φ(#,0) is a solution of (12), then,since all coefficients in (12) depend only on q, any derivative δΦ/δθ, δ Φ/δθ ,22- - - will likewise satisfy (12). In particular, since δΦ/δθ = qY, the function(14)Ζ = qY = q(y cos θ — χ sin 0)satisfies the same equation as Φ:/1 r\(,5)QdZdZ22.dZT=Tpat d* aj ++q=0From Eqs. ( 4 " ) and (15) we obtain for X and Ζ the linear systemnUvrb)dZ _ d XdZ _6^ "δθd0 'tfdX2~ W = l~δζ "qX'Elimination of X leads back to (15), and elimination of Ζ to an equationfor X alone.

T h e equation (15) is as simple as Eqs. (12) or (16.320. Equa­tions (16) compare with Eqs. (11) and (16.31).17.2 O T H E R L I N E A R D I F F E R E N T I A L265EQUATIONS(b) Equations with independent variables Q, θ or £, η. If we consider thevarious linear equations of second order (16.32'), (16.33'), (12), (13), and(15), and for the moment denote by F any of the dependent variables, wesee that, with respect to the second-order terms, all these equations are ofthe formtfE-_ M2dq1 d /*2q27ΘΘ " '2~2'This is to be expected since these terms determine the fixed characteristicsin the </,0-plane (real and distinct only where Μ > 1), which are the sameno matter which function of q we use to describe the flow.

From each ofthem we find again Eq. (16.35). T h e same result follows, of course, fromeach of the pairs of equations (11), (16), or (16.31), by means of the tech­nique of A r t . 10.T h e various differential equations become simpler, if instead of q, thevariable Q, defined in Eq.

(16.41) for supersonic flow, is used; more gen­erally, in the subsonic and supersonic cases, respectively, we define thenew variables λ and Q by(17)d= V ^Q~2dqq1d\dq1=Vl -M2qT h e second-order terms in the respective equations of second order are thensimply<?F _d F,2dQd^FΘΘ2θλ22d^FΘΘ '+2while the first-order equations (16.31) take the more symmetric form:(18)*=VM£\iH,dQ( 1 9 )^=ρΘΘ9_ Vl ~ΘΧρM* Wθθ'3^ΘΘνΜ^16φρ==Vl -ΘΘM>dQJΜθψΘΧ'2ρM{From Eqs. (18) and (19) follow equations of second order for φ and for ψ,as, e.g., Eq. (21.6) for ψ derived from (19).In the supersonic case we may also use the characteristic variables ξ,ηgiven by Eqs.

(16.43), (16.44). T h e equations (18) then take the form(20)θφθξ-\/M2ρ1 θψθξ 'θφθη\/M-2ρ1 θψθηThese equations have the nature of compatibility relations. T h e \^ariablesQf λ, ξ, η will be much used in Arts. 19 and 21. In the second-order equations266IV. P L A N ESTEADYPOTENTIALFLOWderived from Eq. (20) the second-order terms reduce to the mixed deriva­tive with respect to £ and η, and if we deal similarly with the Legendretransforms we obtain, for example,θ'Φ(21)_ q + q" /θΦΘΦ\θξ θηwhere q' = dq/dQ = q tan α and q, q', q" are to be expressed in terms ofξ, 77. From a solution Φ(ξ,?7) of (21) we obtain with the notation (7)11(21')X- L ( ^ + ^ \_ ΐ / θ Φ _ θ Φ \7from which χ and y follow in terms of ξ, η.

An equation of the same simpleform as (21) holds for the stream function φ.*For some purposes it is advantageous (see Art. 20) to use, instead of thevariables q, 0, the variables g , 0. This will be considered when needed.2(c) Equations with independent variables σ and 0. W e mention one moreimportant transformation of the basic equations due also to Chaplygin.Let us introduce a new variable(22)σ=Γ^?, ^=-^.JqqdqqIt is immediately seen that Eqs. (16.31) becomeand the second-order equation (16.32) takes the formwhereΚ =(24')1-Z#p2is a complicated function of σ. (See Fig.

99.) It is seen from (22) that σdecreases with increasing q and that for q —> 0, σ —> <» as —log q\ also σ = 0for q = q and σ is negative for supersonic g-values, positive for subsonicq-values. The function K, depending on σ, tends towards unity as σ —• +<»,q —> 0; it equals zero for σ = 0, q = g , Μ = 1; and tends to — oo asq-^> q and as σ tends to its negative minimum value.

(The second deriva­tive of σ as function of q, that is, the first derivative of — p/q equals(p/q)(l + M ), and is therefore always positive.)tfm2* Other linear equations with ζ, η as independent variables are E q s . (19.7).17.3T R A N S I T I O NF R O MH O D O G R A P HTOPHYSICALP L A N E267This transformation is used in two different contexts. On the one hand,an expansion of \/K = \ / l — Μ /p in powers of Μ shows that, for apolytropic fluid with κ = 1.4, this expression differs from unity only byterms of the order of M , i.e., y/K = 1 — 0.3 M · · · .* This suggests theapproximation Κ = 1, invented by Chaplygin and later elaborated in the v.Karman-Tsien method (see Sees.

5 and 6 ) . On the other hand, the simpleform of (24) with Κ | 0 for subsonic, sonic, supersonic flow is a conven­ient starting point for the study of transonic flow, the flow in the neighbor2AAKF I G . 99. Κ — (\ — Μ )/ρ2hood of Μ=2as function of σ = fVpdq/q.1 (see A r t . 25).3. Transition from the hodograph to the physical planeI n Sec. 16.5 we remarked that it would not be correct to say that by thehodograph transformation the original nonlinear problem has been line­arized. This can be done only by having recourse to approximations.

W ehave merely split off one portion of the total problem which can be treatedby methods of linear analysis. Once a solution in the hodograph plane hasbeen found we still have to transfer it back to the physical plane.* W e obtain y/K= (1/Ρ·)(1 - 0 . 3 1 * · · · ) , but, as before, p. = 1.268IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A LFLOWSuppose that we know a solution yp{q,B) of E q .

(16.32') in some regionin the hodograph plane. Then the functions d\p/dq, θψ/θθ12and from (16.31) the functions θφ/dq, θφ/θθ.q dx= άφ,+ q dyxycan be computed,N e x t , we have+ pq dy = άψ—pq dxyxand from these, if pq ^ 0, dx and dy follow:2(25) dx = - cos θ άφ — - sin θ άψ ,2 LPJdy = - sin θ άφ + - cos θ άψ<ZLΡJIanddx _ cos 0 d<p(25')dq1 sin θ d-ψ~q~dq~~pqdx _ cos θ δφdq'ΘΘdy _ sin θ dφ , 1 COS θ d\pT~dtfdgq~ dddy _ sin θ dφP~q~dq'qθθ'1 COS 0 d ^ .<Z~d0dd1 sin θ d\pρρqd0 'the coordinatesin the physical plane may then be found as functionsof qfi by quadratures. If, in a formal simplification, 2 = χ + iy is usedwe obtain(25")dz= l (ed<(>+i ^ )>and if the derivatives of φ are expressed in terms of those of ψ b y (16.31),the result may be given in condensed form b yT h e streamlines in the £,?/-plane are the images of the curves yp(q,6) =constant = k in the hodograph.

T h e computation of the streamlines maybe arranged so that the necessary integration is simplified, since alonga streamline Eqs. (25) take the form(26)dx =G^ l l άφdy =qAlso dq =Dάφ,άψ= 0.qalong a streamline, and therefore with—[(d\l//de)/(d\f//dq)]de= d(^)/d(<7,0),άφsince q=q(6,k)functions x(6,k),=-Όάθ=A(qfi)άθ =along the streamline \p(q,d)y(6,k),=B(fi,k)k.Ifdd,B(6,k)9^ 0, thewhich define the streamlines, are then obtained17.3 T R A N S I T I O NFROM HODOGRAPHTO PHYSICALPLANE269by integrating(26')dx =cos 0q(B,k)B(d,k) dB,dy =sin 0B(e,k) dd.qifljk)T h e whole computation involves considerable work, and is based on the as­sumption that ψ^,θ) = k can be solved for q.If we know a solution Φ(μ,ν) or Φ(<?,0) of Eqs. (5) or (12), the deter­mination of χ = x(qfi), y = yiqfi) by Eqs.

(4) in the first case, and byEqs. ( 4 " ) and (7) in the second case, is easier. However, in order to find thestream function yp{qfi), a quadrature is needed. W e may, e.g., find ΘΨ/dq,ΘΨ/ΘΘ from Eqs. (11), then Ψ by a quadrature, and ψ from the second Eq.(10); or we may use Eqs. (8) or (80 to find derivatives of ψ, and then deter­mine ψ itself by a quadrature.A situation where Eqs. (15) and (16) are useful arises, e.g., in the case ofa Cauchy problem.

If along a curve X (noncharacteristic) we know qfi, thenwe know the image 3C' of X in the hodograph and x,y along JC'; therefore weknow X , F, and qY = Z, i.e., we have for the pair of linear equations (16)the Cauchy data Ζ, X along 3C' and this determines a solution within acharacteristic quadrangle. Then, from X and Ζ in terms of q and 0, weknow x(q,B) and y(q,B). A similar approach applies to the characteristicboundary-value problem.In this connection let us recall that the transition from the hodograph tothe physical plane was already considered in Sec.

Характеристики

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

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
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