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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 52

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 52 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 522019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 52)

Radial flow, (a) T w o radial flows and limit line, (b) Density and velocityversus distance in plane radial flow.27517.4 E X A C T H O D O G R A P H S O L U T I O N Sq=Tdenoted the velocity in the direction of increasing r.) T h e result±qwas: T h e curve q = q(r)has t w o branches, with no real point for r lessthan a certain value r=minr,twhere Μ=1. T h e upper branch of thelower curve in Fig.

101b represents the velocity q/qmin a purely supersonicflow (of the source or sink t y p e ) , with velocities ranging from sonic speedq at r = r to maximum velocity qttmat r =<». T h e lower branch representsthe velocity in a subsonic flow (of source or sink t y p e ) , with velocities goingfrom q = 0 at infinity to sonic speed q at r = r ; there the t w o flows meet.ttAs q increases from q = 0 to q = qt, the density decreases from its stagna­tion value ρ = p = 1 to its sonic value ρ = p , and as q goes from q = qt8toqt, the density decreases from p to zero.

T h e same conclusions are= qmtreached by direct consideration of the flow intensity pq in (34') [see Eq.(8.5) and Fig. 40]. Introducing sonic values, (34') can also be writtenpq 'rtA t the sonic circle, r =r,twhere the t w o flows meet, theJacobian0) vanishes since, from (33) and (27),d(<P, t)/d(q>Dβ{φ,φ)==Μd(qfi)Also the acceleration b becomes infiniteb = dq/dt = q(dq/ds)-2lk2pqthere. In fact,=±q(dq/dr);using (34') and the differentiation formula (8.5) for pq, we obtain(35)h=KM*-1)'which becomes infinite for Μ = 1. Across the limit circle r = r the flowstcannot be continued and in the vicinity of this line they must be re­garded as physically impossible.

Our solution offers the simplest example ofthe fact that an extremely simple single-valued solution in the hodograph(0i^θ ^0)2may lead to different physical flows which meet along alimiting line.(c) Superposition.Spiral flow. Since the equations for φ, ψ, Φ, Ψ in thehodograph are linear, a linear combination of two solutions of each of theseequations is again a solution. N e x t , χ and y follow from Φ or Ψ by the rela­^(#,0)Φ(#,0)tions (4) or ( 9 ) , and from φ, ψ by (25'). W e conclude that if \f/i(q,S) and2are t w o solutions of the stream-function equation, orare two solutions of the equation for Φ then ψ=Ci^i+Φι(<?,0)2ΟιΦχ + ο Φ are likewise solutions of the respective equations. T h e new22coordinates which correspond, e.g., to φ are given byandc ^ or Φ =22276IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A L FLOWwhere χι ,yi and x ,y22x(q,B)= CiXi(q,ff) +y(qf)= ayiiqJ)c x {qj),22+ 4# (?,0),2are the coordinates corresponding to φι andψ,2respectively.

Applying this principle to the two preceding solutions dis­cussed in (a) and (b) we obtain (with C >0, k >0) by means of (29)and (34), the new solutionCχ =sin 0 +— cos 0 = - \Cqpqq\(37)+ - q ),ΡIyx2q7/ =COS(Ζ0 + — sin0 =P9< >°3 rCqx+rp2This last equation is the same as Eq. (7.40) and the discussion of thelatter given in Sec. 7.6 and illustrated in Fig. 31 applies.

T o see that theflows are the same we write Eqs. (37) in the form:χ = r cos (0 — 0),y = r sin (0 — 0),where r is given in (37') and/ccos 0 = — ,pqr. Csin 0 = — ,qrso that 0 is the angle that the streamlines make with the radius vector.Then with the usual meaning of q and qe, we findren• ήqeCsin 0 = — = —orήqrkcos0 = — = —qpqror",= C,Ίrqe.rq p = k.ri.e., the equations (7.36) and (7.39). Hence the flows are identical, and wemerely add a few remarks.T h e main result obtained in Sec. 7.6 was that there exist for each pair ofconstants C, k two different flows, both extending over the same regionfrom r = r to r — *>, with the same supersonic velocity ^ at r , one en­fttirely supersonic, the other of the " m i x e d " type. T o compute qi we differ­entiate (37') and obtain( 3 8 )?+( ^(1_M2)P=0,°R^2= I +f"2>1'27717.4 E X A C T H O D O G R A P H S O L U T I O N Sfromthis MiDd(<p,\l/)/d(q,e).=from φιJacobianFor the stream function ψι of the vortex flow we findC6, by Eqs.

(16.31): θψι/θθ=Ave compute thethe value qi follows. N e x t ,=0, θψι/dq=Cp/q. Therefore,using (33), we obtain for the present flowand from (27)and this is zero for the value Μ= Μιof (38). W e also see that the valueof the acceleration(40)'^ = qA =dtdsdvq * A = > A lθφθθ Ddqd=(f kDtends to infinity at the limit circle r = r .zAlso from (37") and (38), Mi\/Mιcos θι =1 follows. Hence, from cos θι == sin a , we conclude that the M a c h lines of one of the two familieslare tangent to the limit circle (see Sec. 19.3), and that the streamlines ofeither flow meet the limit circle under the angle a .

Since the component oftthe velocity normal to a characteristic equals a, it follows that the radialvelocity q is sonic at the limit circle.rAll streamlines of the supersonic flow are congruent and so are those ofF i g . 102. Spiral flow: Typical streamlines and limit line.278IV. P L A N E STEADY P O T E N T I A LFLOWthe mixed flow. Figure 102 shows one streamline of each flow. These are tobe considered as two streamlines, each for a different flow, not as onestreamline with a cusp; the two flows should not be thought of as continua­tions of each other.

They appear simultaneously in our example, where asingle stream function \p(qfi) yields two different flows which meet atr = ri with the same q = qi. Let us add, however, the following remark.The reader should not be left with the impression that the appearance of alimiting line is an essentially mathematical phenomenon, introduced by theuse of the hodograph representation. He should rather remember that thesesame flows exhibiting the same singularities were obtained in Art.

7 bymeans of considerations exclusively in the physical plane.5. The Chaplygin-Karman-Tsienapproximation(a) Definitions. In this book, approximations have not been dealt with;we mean by an approximation a modification of the basic differentialequations with the purpose of simplifying the mathematics of a problemwithout changing too much its physical meaning. In this and the next sec­tion we shall take up a method which in relation to the basic equations ofsteady potential flow must be considered an approximation in the abovesense.

It is however, likewise possible to interpret the procedure as theexact theory of a gas with a particular specifying equation. This specifyingequation will turn out to be the linearized (p,p)-relation ρ = A — B/p,Β > 0 mentioned already in Eqs. (1.5c) and (2.17d). The method, while it isof an elementary character, is interesting from various points of view; oneis that it can be considered as a simplified model of the general planeproblem posed in Art. 16.W e start with the equations (19)(1 -d<p _d\Μ )*3ψΘφ _2ρθθ'βρin powers of M(1 2!M )* = ( l +*-L±2yields, with κ = y == 1 -i^tJIt is thus seen that (p./p) (1 -Μγ2'\1/C«-1)ΜΛ(1 -ΜΫ21.4••• = 1 -M*+Mθλ'1.

Expansion for polytropic gas of/J2θθwhere 1/p stands for ρ /ρ with ρ =β(1-Μ γθψ= (!//>)(! -0.3M +4Μγ2···.differs from unity17.5 T H E C H A P L Y G I N - K A R M A N - T S I E Nonly by terms of the order of M .KθφΘΧ}NextΚ=consider(1 -by unity, Eqs. (19) simplify t o2(41)Μ )/ρ22_θφΘΘ=3φθθ1this279If—pending further discussion—weA( l / p ) ( l — M )*approximateAPPROXIMATION=θψθλ'^inrelationapproximationtothevariablesand a = ft* pdq/q [see (22) and (24')] introduced andused by Chaplygin. Clearly Κ then becomes equal to unity and Eqs. (23)reduce to(41')^θφθσ}(hpθθ'=θφ _ΘΘθψθσ'which are the same equations as (41) except that — a takes the place ofX. Indeed the definitions (17) and (22) of λ and a, namely,(42)show that dX =d\Vl -dqq—da if \/lM29— M— M /pT o justify the replacement of y/lq /q :*22m1 -h r2Ρ16b y unity we may also, follow­2Μ—1 =ρq'is put equal t o p.2ing Chaplygin, write Κ in terms of r =„Κdadq,,where h =22=Γ 2τ)(1 -2,Ηκ+1·-« -1Then,Tr" (1 - r)dKhr2h2+19and this shows that Κ (τ), which decreases with increasing r , varies so slowlyfor small r-values that it is practically constant and may be put equal tounity.16Finally, consider the expression of ρ in terms of M ,2namely,If the right side is to equal(1 — M )\The approximation= p, which we shall briefly-call the Chaplyginapproximation,\/l— M22is obtained by taking forrelation, the value κ =κ must equal — 1 .

W eκ, the exponent in the—I. In this case, dX =review:polytropic—da where X and a are givenby Eqs. (42), and the basic equations (16.31) become Cauchy-Riemannequa-* This variable will be widely used later, particularly in A r t s . 20 and 21. Formulasfor Μ and ρ in terms of τ are given in E q . (20.3')·IV. P L A N E280STEADYPOTENTIALFLOWHons (41) or (41') in the Cartesian coordinates (λ, — 0), or (σ,0). Conse­quently φ + ιψ is an analytic function of λ — τθ (or σ + ιθ), and the Laplaceequation holds for both φ and ψ.17T h e assumption κ = — 1 can be interpreted to mean that we consider thepressure-density relation ρ = — Β/ρ + A, Β > 0 (note that a constant canbe added to any polytropic relation) as an approximation to the usualrelation ρ = Cp , κ = 1.4.

T h e choice of A and Β is still arbitrary, and it isin the choice of these constants that von Karman and Tsien deviate fromChaplygin. Chaplygin chose A and Β so as to make the line ρ =—B/p-\-A(Fig. 103) tangent to the usual isentrope of a gas at a stagnation point,KΡF I G . 103. Tangent approximations to isentrope.i.e., he substituted for the usual (p,p)-relation, the relation ρ — ps— κρρ (1/ρ8=— l / p ) .

Характеристики

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

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. 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