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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 64

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 64 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 642019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 64)

3.in ( 1 5 ) and ( 2 1 ) must each satisfy E q . ( 7 ) forη =+ 1 also. If we consider directly the case η =ai =1, 6i =-ι 3/ψκ1 we have from ( 8 ) ,— 1/(κ — 1), andι2K - 1 2 !>= ^[1 -T(1 -K/5/1\- l V - l)23!τ)""-"].T h u s ^ i ( r ) appears as the sum of t w o terms, which are respectively equalto the ψ _ ι ( τ ) in ( 1 5 ) and ( 2 1 ) .F ( ΐ , - ^ Τ ^ τ )47For the corresponding F(ai,= -=-±K[τ"1-r-'il-h, 2 ; r ) :r)"*- '],1and one may easily check that the expression to the right tends toward1 as r tends to zero.W e turn now to another example. T h e flow studied in detail in Sec.

3 hasbeen considered as the compressible counterpart of incompressibleflowaround an edge, i.e., a " corner" of 0 ° opening. I t is natural to try to gen­eralize in a similar way the well-known incompressible flow around a convexcorner (see Fig. 133). I t is known that the hodograph streamlines corre­sponding to the incompressible flow around a corner of angle 360° — a are afamily of lemniscates (actually one loop of each lemniscate), all within theangle a — 180°; their common tangents form the hodograph streamline ψ =0, which is the image of the two legs of the angle in the flow plane. These342IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A LFLOWlemniscates play the role of the circles in the edge flow. Compressible counterparts of these and similar flows may be constructed by means of themethod considered in this article.

A few results are the following.T h e principal features regarding the limit line, etc., remain unchanged.Consider, e.g., a — 270° (see Fig. 134). T h e limit line in the physical planeF I G . 133. Incompressible flow around a 90° corner.F I G . 134. Compressible flow around a 90° corner.20.4 F U R T H E R C O M M E N T S A N DGENERALIZATIONS343has again two cusps. There is again one well-defined streamline, S (the ana­logue of streamline 4 in the edge flow), which separates the smoothstreamlines ( b ) which do not meet the limit line at all from those streamlines(c) which feature two or four cusps (one on each of the four branches ofthe limit line). T h e sonic line is now no longer a circle but resembles a loopof a lemniscate.Consider now the complex potential w of the incompressible flow:.mw = ζ ,f = qeW e eliminate ζ and obtain, with A =A .

m/(m-l)m/(m-l)Λm—1—id= mzm~/m / ( m _ 1 ),7Π..λΎΠ' ( cos0 — % sin0 1.\m — 1m — I /I n this notation the Ringleb flow corresponds to m = §, and the flow of thelast example t o r n = f. Let m be between J and 1; the incompressible flow48is a flow around a convex corner of angle β = 2π — α, a = π/τη (in radians);the angle α is between 2π and π, and β between 0 (Ringleb flow) and π.'T o the incompressible stream functionw = Αξ.= Aqm/(m-l)A-Ληmsin= Aq» / ( « — « )0 = Aq·^Λsin0π — αm — 1corresponds, in general, the compressible flow(8')ψ = Agx/(T- F ( a , 6 , c ; r ) sin π — aa)Here π/(π — a) stands for the η of E q . (8) and we havea + b = η(8 )α6 =η(η +2=κ — 11)κ — Iπ — α=-Ζ(κ — 1)κ — 1c = η +1 =2π — ατ— α—(π — ay.If here the angle a is of the forma = ^ ^ T Tρ +1(p =1.2.3.·.)(as, e.g., the angle α = 270° of Fig.

134) then c = (2ττ - α)/(ιτ - a ) = - p ,i.e a negative integer; it is thus seen that with β = 2π — α, for β-valuessuch as β = π/2, 2π/3, 3π/4, etc., a solution, φ, of the preceding form ( 8 );IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A L344FLOWdoes not exist and another expansion must be used.a = 270° of Fig. 134 has been computed explicitly.T h e exceptional case4950For angles not of the above form, e.g., for ail angles β < 90°, the abovesolution exists; in particular forβ = 60°, c =51— |, and for—\,n=52β =46.8° the solutions have been studied in detail. In the last case the infinitehypergeometric series reduces to a polynomial of degree four.

These casesshow no new feature compared with the cases β = 0°, 90° above (Figs. 132 and134).T h e examples of the last two sections can be adapted to general elasticfluids. T h e restriction to polytropic flow (with the value of κ taken as 1.4 incomputations) is made in order to obtain concrete results for the most im­portant case. Each of these particular solutions can be regarded a pos­teriori as a solution of a boundary-value problem, e.g., by considering ineach case certain streamlines as fixed boundaries of the flow.5. Compressible doubletW e pass now to an example that is distinguished by a particularly in­teresting limit line. W i t h the notation of p. 343 we consider the case m =— 1, η =i.e., we consider a compressible analogue of the doublet™. Here/r»o\(22)w =1- - ,dw-ΐθ1f = = qe= - ,.i .

θ4>o = ? s i n - .!2T h e corresponding compressible stream function (for κ =1.4) is, accord­ing to ( 8 ) ,Φ= Vq T FM\Zq T f(j)(α,6, | ; τ ) sin - =lMsin-,k(23)a +b =1 _21κ -__91 "h'a_° ~_3_8(κ -1) "15ϊϋ·F o r / ( τ ) one has the expansion/(r) =1 -fτ+fWr2This converges uniformly for τ ^ 1. Near τ = 1 an expansion in 1 — τ maybe used (see footnote p. 331).Corresponding to this ψ the φ may be determined; the coordinates χ, yare then given by (17.250· If r is used instead of q and (30 is noted, theformulas (17.250 are replaced by20.59roCOMPRESSIBLE DOUBLETV r - ^ = ^ c o s 0 - ^ ( l - r ) - " < ' - "orοτστ345sineand three similar ones. Integration givesVq~m-'> χ = 2r/'(r) (cos | -r, / 4(l -r)r, , 4(lr ) " - ' j , = 2r/'(r) (sin | -, / (\ cos | ) + / cos-,θ(24)-11ί sin | ) + / sin | .W e shall now discuss the singularities of this transformation.

There isno branch line. Indeed it is seen from (23) and from the fact that both /and/' are finite, that neither θψ/dq nor θψ/θθ can become infinite except atthe point q = 0 for which χ —> oo and y —> <*>; this is an isolated branchpoint.Thelimit singularities arehere of some interest (see Sec. 19.4). From (23)characteristicDF I G . 135. Limit line for compressible doublet flow.346IV. P L A N E S T E A D Y P O T E N T I A Lwe compute q (θψ/dg) dz \/MFLOW— 1 (θψ/θθ), which are essentially the same2as θψ/θη and 3ψ/3ξ. This gives(25)orThis line in the hodograph, the critical curve, has a double point d forθ = 180°, where 1 + 4τ/'// = 0, i.e., r ^ 0.45. A t this point both 3φ/3£ = 0and 3ψ/3η = 0; consequently hi = h = 0, and, by (19.7), dhi/θη =3h /3£ = 0.

N e x t we compute at the double point the second derivativesof φ and find that 3 <p/3q = 3 φ/3θ = 0, d <p/dqdd ^ 0. From this weconclude as at the end of Sec. 19.4 that the point is an extremum for ψand a saddle point for φ: no streamline, ψ = constant, passes through thispoint; the streamlines encircle it (see Fig. 128).222222T h e critical curve is a double loop curve touching the sonic circle atθ = 0° and the maximum speed circle at θ = 180° (see Fig. 135).

T h e firstof these two points is the sonic point of a straight streamline (similar topoint A in the Ringleb flow).In the physical plane the limit line consists of the lines hi = 0 and h = 0,which are both cusped at their common point Z). T h e cusp tangents at Dhave characteristic directions. In the neighborhood of D the flow is confinedto the obtuse angle (covered four times) above the cusps. This is an interest­ing example of a limit point of higher order, hi = h = 0, where the criticalcurves intersect.226.

Subsonic jetW e turn now to the consideration of a boundary-value problem: Chaply­g i n ^ method applied to a subsonic jet.* T h e problem of a gas escapingthrough a slit between plane walls adapts itself particularly well to Chaplygin's method (Sec. 2 ) , since this is essentially a problem in the hodographplane. Here the shape of the escaping fluid is not known beforehand: theboundaries of the jet are/ree boundaries. Since the flow is assumed steady,the boundaries, both fixed walls and free boundaries, do not change in timeand are streamlines.

Hence along the boundary, ψ must be piecewiseconstant. Along a straight wall the angle θ is a given constant; hence thehodograph image of such a line is radial through O' with known slope.64* See also comments in Sec. 15.2.20.6SUBSONIC JET347Along a free boundary the pressure is constant. T h e influence of gravityand other external forces being neglected, it follows from Bernoulli's equa­tion, in either the incompressible or compressible case, that on a free bound­ary surface the velocity has some constant value, say qi . Thus, the freestreamlines are mapped onto arcs of circles about 0' of radius qi.

Hence,for such a problem we know the boundary and the boundary values in thehodograph for the incompressible as well as for the compressible case; theseboundary conditions coincide if the shape of the vessel, the total fluxthrough the orifice and speed at the jet boundary are the same in the twocases.T h e particular jet problem considered by Chaplygin is shown in the figure(see Fig.

136). There is a particularly simple disposition of walls, in whichthe vertical wall A Β is a continuation of AB. T h e distance Β Β = 2α is given.W e assume that the half plane to the left of ABBA is filled with fluid; theflow starts with zero velocity at infinity to the left and converges t o a paral­lel jet, with constant velocity q on the free boundaries of the jet, which arestreamlines. Along the horizontal center streamline we take φ = 0; andφ = φι, say, along ABC while φ = —φι along ABC.xT h e boundary ABC is mapped onto A'B'Cin the hodograph plane andthe same holds for ABC and A'B'C.All streamlines in the hodograph gofrom A' to C.

Along B'C'B' the velocity q equals qi .F I G . 136. Chaplygin's subsonic j e t .348IV.PLANESTEADYPOTENTIALFLOWIn this problem the method of Helmholtz-Kirchhoff-Joukowskifurnishes di­rectly what we need for the application of Chaplygin s method, namely the (in­compressible) hodograph potential Wo(£). T h e method can be applied to muchmore general data than the ones considered here. In our case the result issimple and well-known.

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