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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 53

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 53 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 532019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 53)

Or, introducing a ,2s(43)ρ — ps= — a p2s28(-—-),\PPs/Β =a p.and hence, for the constants A, B,(430A = p + pa ,sss2282Von Karman and Tsien (Fig. 103) take for the point of tangency one withundisturbed stream conditions*, so that, using the subscript <*>y(43")A=p„+p^oo ,2Β=ajpj.For either choice of A and Β such a gas has some simple but unusual* W e may have in mind the flow past a profile with uniform stream conditions atinfinity.17.5 T H E C H A P L Y G I N - K A R M A N - T S I E NAPPROXIMATION281properties which are easily verified.

W e find from Bernoulli's equation*(44)a -q = a,2Μ2= q{a2+r/p.T h e relation between ρ and q is now18FIG.104a. a/a versus q/a for various values of κ (ellipses and hyperbolas).8sW e note that there is now no restriction as to the value of q: in fact, q —» <*>as Μ —> 1, as seen from the second Eq. (44), and in this case, as seen from(44'), ρ —> 0. Hence, as Μ —> 1, ρ —> 0, q —* oo, a —* ° o .

I t is thus seen thatin the case of the Chaplygin approximation, the sound velocity a/a increaseswith increasing rather than decreasing q, in contrast to the case κ > 1.Figure 104a shows a/a versus q/a for various values of κ, in particularfor κ = 1.4 and κ = — 1, whereas Fig. 104b shows Μ versus q/a, for variousvalues of κ. For κ = — 1 the curve has Μ = 1 as an asymptote. I t is thusseen that an initially subsonic flow will remain subsonic if κ = — 1; hencetransonic flow cannot be studied by this method.s8* We have in Kdrman-Tsien's ease as2s= aw2— q^.282IV.PLANESTEADYPOTENTIALFLOWFrom the first equation (42) we have, using (44),(45)dkdqa^λ = log8qV Wq+qvV +a, +29q2If the integration constant in the expression for λ is chosen as in (45), it isseen that λ —> — «>, as q —> 0, and λ —> 0 as g —> oo, Af —• 1; thus λincreases monotonically.

From the second formula (45) we see that forq-values small compared to a :8(45')x-tog-L + O ^ )hence2a *8(b) Relation to an incompressible flow problem. Eqs. (41) are CauchyRiemann equations in the Cartesian coordinates λ, — θ. It will however bemore convenient to introduce the new independent variable,19(46)=ν2^2a,e=1 +The choice of the multiplicative constant 2a is such that for a —» <», or q8F I G . 104b.

Μ versus q/a for various values of κ.t817.6 F L O W P A S Tsmall compared to a , the ν ~the form:8>7T=-%(47Aq [as in (45')]. T h e equations (41) then take?=%v283PROFILEvM < 1-dvΘΘdvd6These are Cauchy-Riemann equations in polar coordinates ν, — Θ, i.e.,exactly the form which Eqs. (16.31) take on as Μ —» 0. Consequentlyφ + ιψ is an analytic function of ve~ and the real and imaginary parts ofany analytic function of ve~ will be solutions of (47). These equationsmay be interpreted as the equations of an incompressible fluid with com­plex velocity ve~ = f where the speed ν varies between 0 and 2a . W estate: If we apply the Chaplygin approximation to the basic equations(16.31) and introduce in (41) instead of λ, a new variable ν by (46), theseequations take the form of incompressible flow equations in the polarcoordinates ν, — 0.If q and ρ are expressed in terms of ν we obtain, by (46) and (44'),x9x9%98W e see that as ν increases monotonically from 0 to 2a , q goes from 0 to <χ>,and ρ from 1 to 0.

T h e transformations (46), (46') are thus interpreted asrelations between an incompressible flow and a compressible Chaplyginflow.86. Continuation(a) Flow past a profile. L e t us try to construct the compressible Chaply­gin flow past a given profile P o .

W e assume that this flow does not in­v o l v e circulation. This restriction will be removed later in the section.W e assume as known the complex potential w(z) of the incompressibleflow around P (where ζ = χ + iy) and introduce the complex velocitydw/dz = f (z) = ve~ . W e use this last equation to express ζ in terms of ξand obtain w(z) = W o ( f ) = φο + ιψο where <p and ψ depend on ν and Θ,and ^ o = 0 along P . W e then define a stream function ψ(<?,0) of a com­pressible Chaplygin flow by setting0%e000(48)t(q,B)=*oM),where (46) holds between ν and q, and similarly for <p(qfi). These φ and ψthus defined are solutions of (16.31) under the Chaplygin approximation.W e shall however see that these ^(<?,0), <p(qfi) do not in general provide asolution of the given boundary-value problem of flow past P .

Denote byX,Y(Z= X + iY) the coordinates in the physical plane of the compressi0284IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A LFLOWble flow in order to distinguish them from the x, y in the plane of incom­pressible flow. Then from ψ(ς,θ),Y(q 6)y(p(q,6) follow, in the usual way,X(q,6),(see Sec. 3 ) . Some curve Ρ in the Z-plane will correspond to thegiven profile Po in the 2-plane, along which ψ0=0. W e shall show thatthis contour in the Z-plane differs in shape from the given contourbut reduces to P0P,0as a —-> oo, Μ —> 0, ν —> q.

Thus, even in the presentesimplified situation, we do not solve an exact boundary-value problem.I t is, however, possible here (in contrast to the polytropic case which weshall study in following articles) to indicate a very simple formula for thedeviation between the two contours, the so-called shape correction.W e obtain from E q .

(25")dZ = dX +i dY= - elie(άφ + I d#j ,and substitute for ρ and q from (46') in terms of v. Then, denoting by w,f, etc., the conjugate complex functions to w, ξ, we havedZ = - (άφ +q \e— {άφ +- άψ) = -f^ (4aρ/4α* νie== - eν%9s-22ve "—(άφ -υ )άφ + i / ζ - (4a4αΛ2s2+ν )άψ2%9i άψ) -aw —4as02ve%θi άψ)aw.Therefore,d Z - ^ - ^ f d ® .(49)Replacing f byaw/άζ(49')and f byaw/az we obtain:dZ = ( f e - L ( ? Y d 2 .74o ^ \dz/sThenW e thus obtain for each w(z) the Ζ for the compressible flow which cor­responds to a ζ in the incompressible flow, the respective speeds υ and qare linked by E q .

(46).*W e note that from E q . (49) φ + %φ is a nonanalytic function of X + z'F.* This simple formula compares, in the exact theory, with such involved resultsas (67) and (72) in [24] pp. 242, 243.17.6285CIRCULATION( b ) Circulation. For flow around a profile a difficulty arises if the incom­pressible flow around the profile involves circulation, since the function tothe right in (49") will be single-valued only if2dz = 0,for any path around P , and this is true only in the absence of circulation.In other words, when the flow has circulation the profile shapes in theZ-plane furnished by the above theory are not closed. Hence, our methodas explained here is valid only if in the incompressible flow circulationis absent.

Several authors have generalized the procedure to take careof this difficulty. W e indicate here a method due to C. C. L i n .020Denote by w(z) the complex potential of the incompressible flow withcirculation, and introduce instead of f, more generally,(50)ξ(ζ)=k{z)ve~ψ =(50')iefcdz(51) /^"έ/<Here k{z) is an analytic function of z, regular and without zeros in the ex­terior of the given profile P (including the point ζ = <*>)> and such that0=0for any closed contour enclosing the given profile P o . In addition(510II < I k(z) I <on Po.ooI t may then be proved in the same way as (49") was obtained that the Ζof the compressible flow is given by(50")Ζ = fk(z) d z - ± fedzk(z)to be compared to ( 4 9 " ) , and with an analogous interpretation.Thus to a complex potential which represents an incompressible flowwith circulation, a related compressible Chaplygin flow with circulationis given by (50), (50'), and ( 5 0 " ) , and we are still free in the choice of k(z).In these equations ζ can be considered a parameter; and after it is elim­inated we obtain relations between X, F, g, 0, the compressible flow co­ordinates and the velocity.T h e essential point in the above method is that ve~ is equated to afunction of ζ which is not directly the complex velocity ξ{ζ) as in KarmanTsien's scheme, but equal to %(z)/k(z) where k(z) is still widely arbitrary.%e286IV.

P L A N E STEADY P O T E N T I A L FLOWFor k(z)=1 the condition (51) of the closure of Ρ in the Z-plane is notsatisfied if circulation is present. On the other hand, k(z) should not de­vpart too much from unity if the profiles Ρ and Po are not to differ too muchfrom each other.Finally, discussing the direct problem, Lin relates the choice of k(z)tothe mapping of Po onto a circle: with w(z) now the complex potential forincompressible flow (with same circulation) past the circle, the functionk(z),which must satisfy the above requirements, should " n o t differ toom u c h " from k (z), the derivative of the mapping function.

This idea is then0related to a well-known method of v . Mises21who has shown (in incom­pressible flow) how to transform a circle into an airfoil of very generalshape.(c) Additionalremarks. T h e influence of compressibility upon the pres­sure distribution may be easily estimated. W e refer the reader to the lit­erature.22In order to demonstrate the change of contour by means of an example,Tsien has computed the compressible flow about an approximately ellipticprofile by starting with an ellipse in the 2-plane. T h e deviation of the new23contour from the ellipse tends to zero* as a —> <», or M8M—> 0; it is howevershown that for not too small M^-values, and if the given ellipse is nearlya circle, the deviation is quite appreciable.W e have presented here the Chaplygin approximation not only becauseit is widely and successfully used, but also because it can be consideredfrom various aspects: on the one hand, it constitutes an approximationwhich greatly simplifies the usual equations; on the other hand, it is aneasily understood exact theory.

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
6376
Авторов
на СтудИзбе
309
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее