|
|
гию и металлургию возникла потребность в изучении движения сложных по хим. составу сред с одновременным существованием нсск. фазовых состояний (газ ≈ жидкость, газ ≈ тв╦рдые частицы, жидкость ≈ тв╦рдые частицы) и с уч╦том дробления и коагуляции частиц. Г. изучает движения как со скоростями порядка си/с и м/с (скорости морских и воздушных течений в океане к атмосфере), так и с космич. скоростями в десятки и сотни км/с (скорости пол╦та спутников и космич. станций, скорости истечения из сопел ракетных и эл.-ракетных двигателей). Темп-pa среды изменяется от долей К в космосе до неск. тысяч К в камерах ракетных двигателей, вблизи тел, входящих в атмосферу Земли н др. планет и до миллионов градусов внутри Солнца и зп╦;щ (астрофизика). В очень широких пределах изменяется и давление движущихся сред: от 10~2≈ 10~4Па при истечении в вакуум (в космосе или в спец. нспытат. барокамерах) до 10я≈1010 Па в пск-рых испы-тат. устапоиках, на больших глубинах в окоане и up. Необходимость научения турбулентных и др. пульсац. течений, детонации, сильных взрывов, включая ядерные, а также создание экспертам, установок с высокими параметрами, по очень коротким (10~й≈10~в с) иро-менем работы повлекли за собой интенсивное исследование нестационарных процессов.
Изменение в широких пределах параметров сложной по составу изучаемой среды приводит к возникновению в ней фил.-хим. процессов, к-рые оказывают воздействие на законы се движения. По мере роста темп-ры движущеюся газа возбуждаются вращат. л колебат. степени свободы молекул, происходит диссоциация двух- и многоатомных молекул, компоненты смеси газов вступают и хим. реакции между собой и с материалом поверхности обтекаемых тел. Параллельно с этими процессами при более высоких темп-pax начинается ионизация газа, вследствие чего он становится эл.-проводным, происходят электронные переходы и связанное с ними излучение света и теплоты газовой смесью.
Возникновение физ.-хим. процессов в жидкостях и газах и оаиоврем. существование разл. фазовых состояний сильно усложняют описание и изучение движения оплошных сред. В ур-пия (1) ≈(4) добавляются новые члены, учитывающие эти процессы, и в систему включаются новые ур-ния (ур-ния хим. кинетики, ур-ния переноса излучения и др.), что в большинстве случаен требует разработки новых методов решения. Для расч╦тов по этим ур-ниям необходимо знать скорости соответствующих фиа. и хим. процессов и параметры, характеризующие взаимодействие нейтральных и эа-ряж* частиц между собой и с обтекаемыми телами, К числу этих параметров относятся, в первую очередь, скорости разл. хим. реакций в сложных по составу смесях молекул и атомов, коэф. излучения и поглощения молекул разл. веществ в разл. областях спектра и в широком диапазоне изменения давлении и темп-р, эффективные сечения столкновения частиц и т. п.
Прикладные задачи гидроаэромеханики. Методами Г. решаются разл. техн. задачи во ми. отраслнх науки и техники: в авиации, баллистике и ракетостроении, кораблестроении и энергомашиностроении, при создании хим. аппаратов и изучении биол. процессов (напр., кровообращения), задачи теплопередачи и переноса примесей, загрязняющих окружающую среду, гидро-техн. строительства, ветровой и гидроэнергетики, метеорологии и гляциологии, теории горения, взрыва, детонации, астрофизики и космогонии и т. п. Но все задачи Г. сводятся по существу к решению псск. оси. задач:
1. Определение сил сопротивления, действующих на движущиеся в жидкости или газе тела и их элементы, что да╦т возможность найти необходимую мощность двигателей, приводящих тело в движение, и траектория движения тел. Силы сопротивления зависят от формы тела, поэтому возникает задача определения наивыгоднейшей формы тел. Все тела, движущиеся под
воздействием силы тяги двигателей, должны иметь миним. аяродинамич. или гидродинамич. сопротивление, поэтому самол╦ты, ракеты, подводные и надводные корабли имеют вытянутую удлин╦нную (т. е. удобообте-каемую) форму. При спуске на планеты, обладающие атмосферой, спускаемые тела должны иметь др. форму, обеспечивающую большое аэродинамическое сопротивление, способствующее быстрому торможению в атмосфере, поэтому они имеют малое удлинение и плохо-обтекаемую форму.
2. Определение наивыгоднейшей формы каналов раэл. газовых и жидкостных машин и их элементов: реактивных двигателей самол╦тов и ракет, газовых, водяных и паровых турбин эл,-станций, центробежных и осевых компрессоров и насосов, сопел и диффузоров и др.
3. Определение параметров газа или жидкостей вблизи поверхности тв╦рдых тол для уч╦та силового, теплового и физ.-хим. воздействия на них со стороны потока газа или жидкости (см. также Аэродинамический нагрев. Теплозащита),
4. Исследование движения воздуха в атмосфере и воды в морях и океанах с помощью ур-пий и методов Г. К этому же классу примыкают задачи о распространении ударных и взрывных води и струй реакт. двигателей в воздухе и воде, о переносе примесей и выбросов в атмосферу и водо╦мы и т. п. Цель решения подобных задач состоит в получении полных распределений (полек) параметров ≈ темн-ры, давления, концентрации, влажности и т. п.≈ в зависимости от времени. Лит.: Коми и Н. К., К и б е л ь И. A., t* о з с II. В., ТУорети-чРСкан гидромеханика, ч. 1, 6 и;щт, ч. У, 4 ипд., М., 1%3; Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц К. М., Гидродинамика, з и:щ., М., Н'18(>; П. р а н д т л ь Л., Гидроа;фОм<-ханина, пер. с нем., М., 104У: Л о и ц н н с к и и Л. Г., Механика жидкпсти и газа, 5 изд., М., 1978; К л а р к Д., М а к ч е с н и М., Динамика ргальных газов, пер. с англ., М-, 1У(57; Сгдов Л. И., Механика сплошной среды, т. 1≈2, 4 изд., М., П)83≈84,
С. Л. Вишневецкий.
ГИДРОДИНАМИКА ≈ раздел гидромеханики, в к-ром изучается движение несжимаемых жидкостей и их взаимодействие с тв╦рдыми телами или поверхностями раздела с др. жидкостью (газом). Оси. фин. свойствами жидкостей, лежащими в основе построения теоретич. моделей, являются непрерывность, или сплошность, легкая подвижность, или текучесть, и вязкость. Большинство капельных жидкостей оказывает значит, сопротивление сжатию и считается практически несжимаемым ц.
Методы Г. позволяют рассчитывать скорость, давление и др. параметры жидкости и любой точке занятого жидкостью пространства в любой момент времени. Это да╦т возможность определить силы давления и трения, действующие на движущееся в жидкости тело или па стенки капала (русла), являющиеся границами для потока жидкости. Методы Г. пригодны и для газов при скоростях, малых по сравнению со скоростью звука, когда газы ещ╦ можно считать несжимаемыми.
В теоретич. Г. для описания движения несжимаемой (p=const) жидкости пользуются неразрывности уран-пен ием
div
О
И Навъе ≈ Стокса уравнениями
dv dt
= F4≈ ≈ gracl p -\\~ vA у,
(2)
о
о.
5
где t? ≈ вектор скорости, F ≈ вектор внешних массовых сил, действующих на весь объ╦м жидкости, t ≈ время, р ≈ плотность, р ≈ давление, v ≈ коэф. ки-нематич. вязкости. Ур-ние (2) приведено для случая постоянного коэф. вязкости. Искомые параметры v и р являются в общем случае ф-циями четыр╦х независимых переменных ≈ координат х, t/, z и времени f. Для решения этих ур-шш необходимо задать начальные и граничные условия. Нач. условиями служит за- ^ данке в нач. момент времени (обычно при t=Q] области, 4W
«30 Физическая энциклопедия, т. 1
")
}
