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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 55

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 55 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 552019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 55)

105), by φ7 the angle from thex-axisto the" i n i t i a l " C~ (i.e., the C~ which corresponds to the sonic point of Γο"), andby 2ξ the given constant which singles out the particular vt,as in E q .(2) or in Eq. (16.43). Then, under the assumption of a polytropic gas, wehave the following relations.In a forward wave (Fig. 105)(3)Q -θ=a+ ha -Θ = 2f,θ -a= φ ,and consequently, using the first line of Table I I I (Sec. 16.6), or Fig. 105,2£ = 90° -6=t-φ7 ,Φ~ Φ(4)Q +0=a + A<r+0= 2v,Φ7 = ha,ha — 2ξ.θ + a =φ,+and consequently2η = 90° + St = φ ί ,φ ! = —ha,Q = 90° -2η — ha.(0 -0,),initial direction^initial C "F I G . 105.

Forward wave in physical plane and hodograph plane.18.2 S T R E A M L I N E S A N D C R O S S M A C HLINES291FIG. 106. Backward wave in physical plane and hodograph plane.T h e last equation (4') [and similarly (3')]angle of inclination φ+of any straight C+gives the relation between theand the velocity q along it, sinceb y E q . (16.39'), σ depends only on q.* Another useful relation isθ-(5)6 = ±(hat-a'),where a' = 90° — a is the angle, introduced in Sec. 16.6, between the direc­tion of a Γ-characteristic at a point P' and the radius vector O'P'.2.

Numerical data. Streamlines and cross Mach linesW e now take κ = y = 1.4 in a polytropic (p,p)-relation. Consider theparticular forward wave with 2£ = 90° which corresponds to the Γο~:θ = a + ha — 90°. Remembering that a = 0° and a = 90°, we seethat Q = 0°, and that φ~ = θ - a = ha - 90°.tttLikewise, for the T~-wave with 2η = 90°, or θ = 90° — a — ha, wehave 6 = 0°, φ = θ + a = 90° - ha.+tWhile the velocity varies from q to q and the M a c h number Μ from 1to oo, the M a c h angle a varies from 90° to 0° and a from 0° to 90°. Takingthe above waves, both with d = 0°, as representative, we see from the for­mulas that, for the forward wave, φ~ turns from —90° to (h — 1) X 90° =130.45°, i.e., through 220.45°, and θ from 0° to 130.45°; for the backwardwave, φ turns from 90° to - (A - 1) X 90° = - 1 3 0 .

4 5 ° , i.e., through- 2 2 0 . 4 5 ° , and θ from 0° to - 1 3 0 . 4 5 ° . These facts are collected in Table I V .tmt+* v. Mises, [26], uses λ = 90° ± φ rather than φ, the angle λ being shown in ourfigures; in terms of λ the relation corresponding t o the second equation in each ofthe sets (30 and (40 is thenha =bwith our previous sign convention.e = λ,t292IV.

P L A N ESTEADYPOTENTIALFLOWTABLE IVT H E VARIATION OF SIGNIFICANT QUANTITIES IN FORWARDAND BACKWARD SIMPLE W A V E SForwardΓ : θ = a +0+ha -Backward WaveWave90°, φ~ = θ -θ =a-a.-ha + 90°, φ+= θ +αqQΜm1->0°90°0°0°90°130.45°130.45°0-90°0°0090°90°220.45°+90°--130.45°0°--130.45°F I G .

107. Forward and backward simple waves with 0 = 0.tFigure 107 shows in one and the same figure the hodographs of the ΓΪ"and the Γο~, with 6 = 0° for both, as well as the pairs of straight character­istics in the physical plane, Ct, Ct, and CJ ,. T h e backward waveΓ^" extends from the dashed line Cf (which corresponds to the point P ),turning clockwise by 220.45° towards the dashed line Ct, ; the completeforward wave begins at the solid line CT (likewise corresponding to P )and turns in the counterclockwise sense b y 220.45° towards.tttIn Fig.

108 the deflection angle θ versus Mach number M , and likewiseθ versus a, is plotted.For any wave, with arbitrary 6 , the first six lines of Table I V remain thesame, while in the seventh line we must then write as entry φ — φ =F 90°tt18.2 N U M E R I C A L293DATAI20rF I G . 108. Deflection angle θ versus Mach number Μ and versus Mach angle a.instead of φ, and in the last line 0 — 0* instead of 0; in (3') and (4') we stillhave φ\ = θι + 90° = 2η and φΤ = B - 90° = - 2 £ , respectively.tFor supersonic flow and κ = y = 1.4, T a b l e V gives a tabulation of vari­ous quantities which characterize a simple w a v e : 0 — 6 , Μ, α, φ — φ ,ρ/ρί and Q.

T h e relations between the various angles are given by Eqs.(3) and ( 4 ) . Of course, we could add to the table corresponding values ofp/pt, T/T ,etc. I n T a b l e I (Sec. 8.4) we tabulated p/p , p/p and T/TandttιsV/Vt = (p/p*)/0.5283,(p/pi) = (p/p )/0.6339,T/T5t=ss(7 /7 )/0.8333.TTsW e have seen in the preceding section that the velocity distribution overthe set of straight M a c h lines is determined if we know the epicycloid inthe hodograph which is the image of the simple wave (that is, its " label''2£ or 2η) and the inclination φ of each straight M a c h line. Consider, forexample, 2η = 120°, i.e., the backward wave Q + θ = 2η = 120°. W e wantthe velocity vector q along the straight M a c h line of slope, say, tan 28°.Here φ« = 120°, B = 120° - 90° = 30°, and the range of φ-values in thephysical plane is from 120° to —100.45°; hence φ = 28° is in this range.Corresponding to | φ — φι \ = 92° we find in the table the values Μ =2.132, θι - θ = 30° (for in a backward wave 0 ^ θ), and a = 27.97°.Hence, since 0, = 30°, 0 = 0°, and for Μ = 2.132 we find, e.g., fromT a b l e I , q/q = 0.6897; thus the velocity vector along that M a c h lineis determined.ttmIV.

P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A L294TABLEFLOWVVARIOUS (QUANTITIES WHICH CHARACTERIZE A SIMPLE W A V E (WHEN κ =\e - e |tΜvlvta- Φι I(deg)IΦ(deg)(deg)1.4)Q(deg)01.0001.0009009011.0820.90767.5723.439121.1330.85162.0030.009231.1770.80558.1834.729341.2180.76255.2038.809451.2570.72352.7442.2695101.4350.56644.1855.82100151.6050.44238.5566.45105201.7750.34234.2975.71110251.9500.26130.8584.15115302.1340.19727.9592.05120352.3290.14525.4399.57125402.5380.10423.21106.79130452.7650.07421.21113.79135503.0130.05119.39120.61140553.2870.03417.71127.29145603.5940.02216.15133.85150653.9410.01314.70140.30155704.3390.00813.32146.68160754.8010.00512.02152.98165805.3480.00210.78159.22170856.0070.0019.58165.42175906.8190.0018.43171.57180957.8510.0007.32177.681851009.2100.0006.23183.7719010511.0910.0005.17OO0.000130.450189.83195220.45220.45N e x t let us consider streamlines and cross-characteristics. If we want tofind the equation of either family we have t o give the particular family oflines which form the straight characteristics.

L e t it be given in the form(6)y = βχ + yoifi).So far, such information was not needed since the relation between the slopeof a straight characteristic and the flow variables along it depends only onthe label 2£ or 2η.L e t (6) define C^-lines β — tan (0 + a); since Q(q) + Θ = 2η, with ηgiven, a and θ are known as functions of q, and hence of β. T h e differentialequations of streamlines and cross-characteristics are§= tan Θ =k(0)and^= tan (0 -a) =18.2 S T R E A M L I N E SA N DCROSSM A C HLINES295respectively.

B y differentiation of (6)dy = χ άβ + β dx +y (fi)dfi0results, and substituting this in the equations of the streamlines and crosscharacteristics, one obtains(7)—KάβU=X+'°(®Κβ)-—=andyβanaXάβ+'°WyΗβ)-β1respectively.Each of these is a linear differential equation of first order for χ = χ (β),which upon integration provides, together with ( 6 ) , a parametric represen­tation of the respective family of curves.

T h e constant of integration de­termines the particular streamline or cross-characreristic. In case of a wavecentered at the origin, y (fi)Q= 0 in ( 6 ) .I t seems more practical, however, t o give the family of straight M a c hlines in a way better adapted to the'problem, and to use a kind of general­ized polar coordinates. I t is easily seen that (in addition to the knowledge of2η or 2ξ) the family of straight M a c h lines is determined if merely onestreamline or one cross-characteristic is known in the a?,2/-plane. In fact,knowing one streamline in the flow plane, we know θ at each point (x,y) ofthis line; then, in the case of a backward wave, Q — 2η — θ determines qand a(q).θ +Therefore, at each point of the given streamline, the directiona of the C+through this point is known.

T h e set can be determinedanalogously from the knowledge of one cross-characteristic, C~; now Θ — ais known along this C~, and Q +and finally θ +a =2η — (θ— a) provides q. T h e n a,a follow at all points of the C~.Consider now the first case where one streamline is given: χ =y =a(t),b(t), db/da = tan θ, where t is a parameter (see Fig. 109). ConsiderFIG.

109. A property of the streamlines in a simple wave.200IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A LFLOWagain a backward wave. T h e straight characteristics are then the C . For+apointP(x,?/) on t h e C t h r o u g h P , χ = a + r cos φ++0and?/ = b + r sin φ ,+where r = P P . If we consider a, 6, r, and φ"*" = φ as functions ofthe0equation of the streamline through Ρ is(db + r cos φ άφ + dr sin φ) cos 0— (da — r sin φ άφ +and, since db cos 0 — da sin 0 =cos φ ) sin 0 = 0,0, it follows, with φ — 0 = a, thatr άφ cos α + dr sin α = 0, or(8)L ^dr=_tana.W e note that this is the same equation which can be written immediatelyfor a centered wave, using ordinary polar coordinates (/·,φ).

T o integrate(8) we use Eq. (16.390: tan a =Hence,(9)(1/Ji) cot σ == h tan ( — - — Π d0,(1/A) cot[(2iy -r = r (cos0^—jφ)/Λ]..I t is seen that for φ = 2η = φι ,r = r , while for the other extreme, | φ — φ* |tending to Λ X 90° ^ 220°, the distance between the streamlines tends to­ward infinity.0In the same way, we find for the cross-characteristics the differentialequation(10)Iff* = _drtan 2a,with the integralHere r tends towards infinity when φ — φ* —> 0 as well as when φ — φ —>- 220.45° (see Fig. 110a, b ) .

*From Eqs. (9) and (11) the following property of both the set of allstreamlines and of all cross-characteristics follows: If the constant r ischanged to 2 r , 3 r , · · · , the respective curves intersect any straight char­acteristic at equidistant points (see Fig. 109 and the end of Sec. 13.1).ι000In adapting the preceding discussion to a forward wave, we must change2η to - 2 { , etc.* We note that, even if we take an extremely small value for r , we can only sketcha small part of the complete streamline since r increases rapidly with | φ — φ | .0ι18.2 S T R E A M L I N E S A N D C R O S S M A C HLINES297F I G . 110.

(a) Streamline in a centered simple wave, (b) Cross-characteristic in acentered simple wave.298IV. P L A N E STEADY P O T E N T I A LFLOWX0χF I G . 111. Flow around a convex corner.3. Examples of simple waves(a) T h e most important example of a simple wave solution is the flowaround a convex corner (see Fig. 111). W e assume that the oncoming super­sonic flow for which the straight wall XA is a streamline is uniform withgiven velocity q i , where 0i equals the angle of XA with the x-axis.

T h e angle0 of the velocity q is known along the streamline A Y. [We note that theseare not complete Cauchy data as discussed in Chapters I I and I I I and inSec. 16.4, since only 0 is known along AY.] T h e flow is completely deter­mined, as a uniform flow, to the left of the characteristic CT through A,and this flow can change to a simple wave across a characteristic. T h e onlycondition beyond A is that AY be Ά streamline.

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