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

R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534), страница 67

Файл №798534 R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (R. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow) 67 страницаR. von Mises - Mathematical theory of compressible fluid flow (798534) страница 672019-09-19СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 67)

(20.8) f. [ W e note that/(n, n)nif θ isare at — η=ne~nsidoes not contribute additional poles and corresponding residues as Chaplygin's original [ ^ n ( n ) ]would. ] T h e limit of the sum of the residues at16these poles is equal to a series — L, where(-ΐΓ£ = Jrv Σ(17)Γ ( 5 )"= 2+ 1Γ(η + 2)Γ(-η -Hence, the analytic2is W2n ("+ , e )+ 1n=2 1 · 3 · 5 · · · (2n +R|)C^„(r)e1)continuationof W\ in the region corresponding to— L and we recognize that E q .

(15) alone could not give the de­sired continuation since the W2in (15) does not take care of all relevantpoles. N o matter what our choice of /(n, r i ) , the poles of ψ (τ)—asa func­ηtion of η—must be taken into consideration. In a similar way we obtain— Wi — 2L and — W2— L in the regions corresponding to Rzand # 4This solution is not symmetric about the ?/-axis. W e obtain a symmetricsolution if we take Wi + L as the solution in Ri ; it can be seen that L —> 0as qm—> °o, as we expect. T h e whole solution in the regions Ri,R, # 3 ,2R4 is then:(18)Wi +L,W—Wii9— L,—W .2T h e continuation of — W into the first region is again W\ + L, demonstrat­2ing that ψ is single-valued in the physical plane.B y means of asymptotic estimates of | ψ (τ)η\ such as (10), which aredifferent for subsonic and supersonic τ-values, it follows that Wi convergesfor τ < τι,W converges for η < r ^ 1 — e ( e a positive number, appear2* This corresponds to the fact that the argument of — 1 in (16) must be taken as— π and π respectively for the integrals along the semicircles to tend to zero.+ηΓ ( α ) Γ ( η - b + 1)ηnν, .,nrι ,(09.(cf.

Lighthill quoted N o t e I V . 50). This asymptotic formula is obtained by applica­tion of Stirling's formula.300V. I N T E G R A T I O N T H E O R Y A N D S H O C K Sing in the estimate of | ψ (τ)|), and L converges for all r. Thus, we haveηindeed obtained the continuation of W\ +L over the whole field of flow,including the supersonic region.This example demonstrates both the principle of the method and itsdifficulties.4. General solution for the subsonic region*For subsonic r a compact and explicit solution is available.In addition to the above-mentioned properties of ψ (τ)7the main tool isηthe partial fraction expansion (with respect to η for fixed r ) of ψ (τ)holdingηfor 0 ^ r < T and complex n:TΓΐΨη(τ) = ens— i —m + η+ η Σm-2Lm +=omC e ^ (r)]mmmJηwhere in the last form of this expansion we define Co =n/(n+ ra) =1, C\ =1 for η = m = 0.

Equation (19) expresses ψ (τ)η0, andfor com­plex η in terms of the ψ™(τ), where m is a positive integer.fFrom (19) we obtain, with r^η(τ)β~(20)ηβ1Cm^ (T)e ,=mM= η Σ™=oand since, by (1.0), 7 ( r ) =(21)7(r) =—^— eη + mΠ τ η ^ ι ^ φ (τ)β~ \ηηΣr ewm ( e-m81Σ=S l )m=0( n + m ) ( s-S l )we also haveC e V (r).mwmm=0From Eqs. (20) and (21) follows the desired result, namely, the con­tinuationof expansion(2) throughout the subsonic region.

Using (20), E q .(2) can be written*(τ,β)(22)Σnee-*"ΓΣr^e*"*= * ΓLn-o= dL»»=o- « ΣΣ - ϊ η- β ^ Ηr»-o m +Σ«<«+«><—>-«>]n-o mϊτηθ-JΛ βΒ_+Β1 ~JηΐΊ/oo(Σ^ηΓ_/0\n=0\+ η _ 1)^/+C0* The considerations of this section, due to Lighthill, are not elementary in charac­ter. T h e main result is that the integral representation (23) is valid in the whole sub­sonic region.t Equation (19) is the result of applying Mittag-Leffler's theorem to e ^ V ^ r ) .21.4G E N E R A L SOLUTION FOR T H E SUBSONIC361REGIONFrom now on to the end of the section we write simply w rather than WQFrom ( 2 0 . 1 3 ) ,dwA-Tz =Σ,ηο ξ-lnηη=οας,and E q .

(22 ) may be written:( 2 3)° * .J=ί { Σ C^ W e " "1Jj™/ "'oΓd w ( f ) ] + u,(0)} .W e may now verify that ψ satisfies the conditions postulated in Sec.1 .First, as qm—> oo, all r — >0 , except rmlim e ~8Sl0=1; also from ( 5 ) := ^ = g,and we see that the right side of E q . ( 2 3 ) reduces to/dw + w(0)=0[w(t)].One likewise verifies directly that (23 ) satisfies the stream-function equation.W e shall now show how this representation of the solution is defined forall subsonic r .

F r o m dw/dz = w (z)= f, we conclude that ζ is an analyticffunction of f in the hodograph of the incompressible flow. This, how­ever, is not a simple plane but a Riemann surface, R (consisting of twosheets with a branch point at ξ= 1in our example of the circular cylinder),and ζ{ξ) is regular on R. T h e integral in Eq. (23 ) can be written(24)f"'= f *' "r S* = f *' V <fe(f).+,rdwdt)Jo+,αςJQJoIf ζ = z corresponds to f = 0 ,0Ym(z)=Γr+1dzJz0is a regular function of ζ in the 2-plane outside the body if we assume thatSince we know, in addition, that ζ(ξ) is regular on R itthere is no circulation.follows that Z (X)— Y \z{$)\ is also regular on R.

T h e last term in (24 )mmcan be written as Z (e ~ ~ ).ms8ll9In the absence of circulation this is thereforesingle-valued on a Riemann surface,which corresponds to the incom­pressible hodograph surface R as locus of the points ( r , Θ) for which ~~ ~esSl%elies on /£. T h e R* is the hodograph of the subsonic part of the compressibleflow and (23 ) is regular on R* if it converges.362V.

I N T E G R A T I O N T H E O R Y A N D S H O C K SW e now show thatψ = S Γ Σ(23')re >n*' Γ("im+ 1<fe(T)lconverges everywhere if the flow is purely subsonic? In fact, if we integratealong a path, of length I in the physical plane, joining f = 0 and e~* ~lon R%ethen, since at any point s < σ, its sonic value,f r ^(r)+1On the other hand rm6~ /2πηι2στη7and ψτη(τ)^ le= C \l/ (T)emm~(σ- )(,η+1)8ιwhere, for large m (p.

359): Cm81m~Ve > hencema2πτηThus we see that for large enough m a term of (23') is comparable with(Vle ~ /2Tm)e~ ~ ,aam((X8)which assures the convergence.*Thus for subsonic flow without circulation, the problem has been solvedin the explicit form of the integral representation (23).W e turn now to a presentation of Bergman's method, and at the end ofthe article, we shall indicate the relation between Bergman's and LighthilPsmethods.5. Bergman's integration methodIn an attempt to continue and improve Chaplygin's pioneer work, which,while highly successful in many ways, failed for the problem of flow pastan obstacle, S.

Bergman began to apply a general mathematical idea to thisproblem. T h e purpose was to establish a correspondence between analytic9functionsofa complex variable(i.e. solutions of incompressibleflowproblems) and solutions of linear partial differential equations of elliptictype (such as the equation for ψ). This is achieved b y means of an integralrepresentation of the solution from which properties of the solution can bededuced by means of complex function theory. ( I n particular, solutions ofthe compressible flow equations can be obtained which are multivaluedand have singularities of the type needed in the flow problems under con­sideration.

I n fact, as seen before, even in the incompressible flow arounda circle the stream function cannot be represented b y a single convergentseries of single-valued functions).L e t Po be the contour of an obstacle in the physical plane; denote b yYo(qfi)the stream function of the incompressible flow problem, so thatφο = 0 on P ,Qand Δψο = 0 outside P .0Just as in the methods of Chaply-* Actually there is uniform convergence. Also, the differentiated series convergeuniformly, etc., and we may verify that ψ satisfies the stream-function equation.21.5BERGMAN'S INTEGRATION363METHODgin and Lighthill, we wish to associate with ψ a φ satisfying the com­pressible hodograph equation, which is not too different from ψ as long asa representative Mach number is small, and which reduces to ψο in thelimit q —> oo. Of course ψ will not vanish on P : it can however be assumedand has been proved under certain circumstances that φ = 0 on a streamlineΡ close t o Po .00m010First we rewrite E q . (20.5), in the same w a y as before, b y introducinginstead of q the new variable λ of E q .

( 3 ' ) and obtain E q . (6) with eithers or λ as independent variable. N e x t we introduce ψ* by E q . (7) or by(25)α = Vψ* = <χφ,,Τ = — —,αwhere primes denote differentiation with respect t o λ, and we obtain E q .( 8 ) , where in the polytropic case,( 2 6 )- ~ί -F[ 1 6""4 ( 3~2 k ) m 2~( 3 kl ) M t ]-Since both F and λ are given in terms of M, F is given in terms of λ .W e try to integrate E q . (8) b y settingψ* = <7ο(λ, θ) +(27)ΣG (\)g (\n11θ)nη=1(note that this is not a separation of variables).

Each g in E q . (27) is aharmonic function of λ, θ. Using the symbol Δ = d /d\ + d /d0 andsubstituting, we obtain with Go = 112n2+Ft*=Σ[A(G g )n+n222FG g ]nnn=0= Σ (Gl'ffn +(28)2G'n% +n=0G Ag +nFG g )nnnσλ= Σ[+ FG )ng+n2G'n+Fg .9W e shall see that E q . (8) is satisfied if we put(29)^(29')G'n+1=-1^( n = l , 2 , ···)( η = 0, 1, · · · )= G" + FGnnwhere g is arbitrary and Go = 1. T h e right side of E q . (28) becomes:0Σn=lIgnG'n+i -g -iGn]n+Fg .0304V. I N T E G R A T I O N T H E O R Y A N D S H O C K SThis series equals the limit for η —» °o of g G' +in— goG[ .

This is so far anformal computation. I t will he shown later, using a majorant method, thatthe series in (27) and the necessary derivatives converge uniformly in acertain region and that not only g Gnbut also g G +innn—> 0 as η —> oo. Thusthe right-hand side of E q . ( 2 8 ) reduces to —goG[ + Fg0cause of E q . ( 2 9 0 for η = 0, G[ = FG=0= 0, since, be­F.T h e G are determined by ( 2 9 ' ) if we add the conditionn(29")<?.(-«>) = 0(n =1,2...),and it is seen that the sequence Go, G\, G , · · · depends only on2F(\).Hence it is uniquely determined for a given (p, p)-relation, it can be com­puted once and for all, and can be tabulated.On the other hand, the sequence g , gi , g ,02· · · depends on the arbitraryfunction g .

W e introduce now the complex variable0(30)where σ =Ζ =A -withi$Λ = λ +σ +log qm—1.17, as defined in Eqs. ( 4 ) and ( 5 ) . Since τ =q/qm, thesecond E q . ( 5 ) can be written(31)= log q -hm (λ + log q )mand it follows that with ζ = qe~%9(31/)σ,denoting again the complex velocitylim Ζ = log q -ιθ = log f.T h e variable Ζ is the same as LighthilFs variable s — Si — id, and it willserve a similar purpose.F o r a fixed qm13the £τ (λ, θ) of E q . ( 2 7 ) which are harmonic in (λ, θ)ηare also harmonic in (Λ, Θ). W e then define a sequence of functions of· · · Avhere/ (Z) is an arbitrary analytic function of Ζ andZ\ fo(Z),fi(Z),0where/I = — i f - i (w = 1, 2, · · · ) by puttingn(32)f (Z)=nwhich implies/„(0) = 0 for η =ρ (\θ)(33)η-Λ=4[f (Z)]n(n = 0, 1, .

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