ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные методы механики жидкости и газа. Области применения и главнейшие задачи из "Механика жидкости и газа " Успех научного исследования во многом зависит от удачного выделения главной части явления и умелого отвлечения от деталей, быть может и важных самих по себе, но с точки зрения целей данного исследования играющих второстепенную роль. Так, инженер, изучающий движение некоторого механизма, будет сначала рассматривать отдельные звенья этого механизма как абсолютно твердые тела, определит кинематическую картину движения механизма и действие сил в нем, после этого, желая рассчитать механизм на прочность, откажется от абсолютной твердости звеньев, учтет их упругость, а при некоторых условиях, и пластичность. При этих расчетах ему придется воспользоваться существующими схемами упругого и пластичного тела, основанными на рассмотрении реальных твердых тел как сплошных, непрерывных образований, подчиняющихся законам теории упругости или пластичности. Основные элементарные законы макромеханики твердого тела, принимаемые в классической теории как некоторые фундаментальные допущения, могут быть с тем или другим приближением выведены из законов микромеханики атомов. [c.13] В задачи механики твердого тела или системы твердых тел не входит изучение внутренней микроструктуры тела объектом исследования являются лишь внешние движения, которые определяются изменением взаимного расположения макротел или их деформациями. [c.13] Механика жидкости и газа, так же как и механика твердого тела, является разделом общей механики, изучающим макродвижения жидких и газообразных сред и их взаимодействие с твердыми телами. Оставляя в стороне вопрос о микроструктуре реальной жидкости или газа, т. е. о том хаотическом тепловом движении дискретных молекул, которое на самом деле происходит и служит предметом изучения кинетической теории жидкости и газа, макромеханика жидкости и газа использует в качестве основных своих допущений закономерности, выведенные из статистических соображений кинетической теории, а также некоторые опытные факты. [c.13] С ТОЧКИ зрения макромеханики жидкость и газ, так же, как и твердое тело, представляют собою некоторые сплошные среды с непрерывным, как правило, распределением в них основных физических величин. 1 Наряду с понятием отдельной частицы жидкой или газообразной среды, представляющим своеобразный аналог материальной точки общей механики, в механике жидкости или газа могут рассматриваться также совокупности этих частиц жидкие линии , жидкие поверхности и жидкие объемы . Следует особо пояснить понятие элементарного объема . [c.14] Под бесконечно малым, или элементарным, объемом жидкости или газа следует понимать объем, ничтожно малый по сравнению с размерами русла, в котором течет жидкость, или с размером обтекаемых ею тел, но вместе с тем достаточно большой по сравнению с длиной свободного пробега молекулы и содержащий настолько большое число молекул, что к ним можно применять статистическое осреднение, связанное с понятием сплошности среды. В ряде случаев (тонкие пленки, области скачкообразного изменения кинематических и динамических характеристик потока) приходится иметь дело со столь малыми областями, что уже принципиально недопустимо применять обычные законы механики сплошной среды в этих случаях необходимо обраи аться непосредственно к кинетической теории жидкости и газа. [c.14] Основное отличие макроскопического представления о жидкости от соответствующего представления о твердом теле, которое также схематизируется сплошной средой, заключается в легкой подвижности жидкости и газа. В то время как твердое тело, двигаясь как угодно в целом, претерпевает лишь сравнительно малые деформации, т. е. малые смещения точек относительно их положе]Шй, соответствующих поступательному и вращательному движениям тела, жидкость (газ), наоборот, получает произвольно большие деформации, течет по руслу, ограниченному твердыми стенками, или образует поверхности ]1аздела на границе с другой жидкостью или газом. [c.14] Как жидкость, так и газ оказывают значительное противодействие всестороннему их сжатию и вместе с тем сравнительно слабо сопротивляются относительному скольжению частиц, причем силы противодействия этому скольжению (вернее, касательные напряжения) асче-лают вместе с относительной скоростью взаимного скольжения. Таким образом, достаточно сколь угодно малой силы, чтобы нарушить состояние взаимного покоя частиц жидкости. [c.14] Как вскоре будет выяснено, указанных двух основных свойств макромодели жидкости или газа — непрерывности и легкой по-дважноста — достаточно, чтобы установить основные уравнения равновесия и движения жидкости и газа. [c.15] Уточнение этих уравнений и приведение их к замкнутой форме потребуют некоторых дальнейших качественных и количественных допущений, соответствующих тем или другим более специфическим физическим свойствам жидкости и газа. [c.15] Для решения большинства своих задач гидроаэро- и газодинамика применяют строгие математические приемы интегрирования основных дифференциальных уравнений при установленной системе граничных и начальных условий или другие эквивалентные им математические методы (например, конформное отображение в задачах плоского движения идеальной жидкости). Для получения суммарных характеристик используются такие общие теоремы механики, как теорема количества и моментов количеств движения, энергии и др. Однако большая сложность и недостаточная изученность многих явлений вынуждают механику жидкости и газа не довольствоваться применением строгих методов теоретической механики и математической физики, столь характерных, например, для развития механики твердого тела, но и широко пользоваться услугами всевозможных эмпирических приемов и так называемых нолуэмпирических теорий, в построении которых большую роль играют отдельные опытные факты. Такие отклонения от чисто дедуктивных методов классической рациональной механики естественны для столь бурно развивающейся науки, как современная механика жидкости и газа. [c.15] Даже в вопросах движения идеальной (без внутреннего трения) несжимаемой жидкости, где классическая теория давно уже дала совершенно строгую постановку задач и чрезвычайно глубокие и остроумные методы их решения, современная гидроаэродинамика, отвечая на неотложные запросы практики, применяет различные специфические приближенные приемы, в частности, например, электрогидроаэродинамические аналогии (ЭГДА), заменяющие вычисление скоростных полей в потоке Жидкости непосредственным замером разностей электрических потенциалов в электролитической ванне. Аналогичный метод применяется при изучении движения идеального сжимаемого газа при дозвуковых скоростях. [c.15] Невозможиость и бесполезность точного удовлетворения сложных граничных и, по существу, случайных начальных условий, имеющих место при так называемом турбулентном движении жидкости, привели к замене строгой постановки задачи грубой моделью осредненного движения с простыми элементарными законами силовых взаимодействий между слоями жидкости в этом осредненном движении. Такая грубая модель позволила, однако, уловить главную часть явления и привела к исключительно важным практическим результатам. [c.16] что особенно отличает с методической стороны современную механику жидкости и газа от других разделов механики — это исключительное развитие экспериментальных методов исследования. [c.16] Гидроаэродинамический эксперимент прочно вошел в повседневную работу специальных лабораторий вузов, исследовательских институтов и заводов. Стало привычным изучать теоретически лишь простейшие схематизированные случаи движения жидкости или газа и обтекания тел, на этих теоретических расчетах выяснять принципиальную сущность явления, основные тенденции в развитии явления и Ьлияние важнейших факторов на это развитие, что же касается более сложных случаев, ближе подходящих к реальным условиям движения, то здесь на помощь приходит эксперимент, дающий искомые количественные закономерности. При этом теория учит, как ставить эксперимент, как проводить измерения и, что особенно важно, как обобщать результаты отдельных экспериментов на целые классы явлений (теория подобия гидроаэродинамических и тепловых явлений). В этом непрерывном взаимодействии теории и эксперимента — необычайная мощь современной механики жидкости и газа, причина ее блестящего развития как науки, тесно связанной с практическими запросами, с техникой. [c.16] Гидротехника и гидрология все более и более сближаются с такими проблемами гидродинамики, как волновые и турбулентные движения жидкости, а также фильтрационные движения воды в грунтах. Последняя проблема представляет фундаментальное значение для строительства гидротехнических сооружений и техники добычи нефти. [c.17] С вопросами этого рода граничат задачи подземной газификации и по- тучения естественных га.чов и.я-гюд земли. Передача газа на большие расстояния по трубам выдвигает также ряд интересных задач перед газовой динамикой. [c.17] Вернуться к основной статье