ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предварительные замечания из "Тепломассообмен и трение при градиентном течении жидкостей " Силы трения, действующие при движении вязкой жидкости или газа, оказывают значительное влияиие па характер движения, а также на механическое и тепловое взаимодействие между твердым телом и жидкой или газообразной средой. Интенсивность действия сил трения зависит от распределения скоростей в потоке и теплового состояния движущейся среды. [c.7] При обтекании вязкой жидкостью или газом поверхности твердого тела, температура которой не равна температуре движущейся срсды, в потоке имеют место неоднородные поля скорости н температуры, которые зависят друг от друга. [c.7] Неоднородность полей скорости и температуры вызывает в жидкости или газе конвективные ускорения, которые сопровождаются проявлением инерционных сил. Соотношение между силами внутреннего трения 41 инерционными силами определяет режим движения жидкости или газа. При лам.инарном движении силы внутреннего трения превалируют над инерционными силами, а при турбулентном движении — наоборот. Для установления характеристик течения, таких как трение и теплообмен, приходится пользоваться законами механики и термодина.мики. [c.7] Законы механики жидкой и газообразной срсды гораздо сложнее законов механики твердого тела. В жидкой среде нет абсолютно жестких связей между частицами, как это предполагается в механике твердого тела. Наоборот, частицы жидкостей и газов обладают очень большой подвижностью относительно друг друга. На основное движение жидкости или газа накладывается беспорядочное молекулярное движение, которое его значительно осложняет и сильно затрудняет изучение действительного движения жидкости или газа. При рассмотрении задачи силового п теплового взаимодействия между жидкой или газообразной средой и тверды. телом обычно приходится отказываться от рассмотрения молекулярного движения. [c.7] Гипотеза о неразрывности жидкой среды сразу упрощает исследование она позволяет рассматривать все механические и тепловые характеристики жидкой среды (скорость, давле 1ие, температуру, плотность, и т. д.) как функции координат точки в среде и времени, причем в большинстве случаев эти функции предполагаются непрерывными и дифференцируемыми. Основные уравнения, используемые в книге, получены иа основе классической механики Гали-лея — Ньютона. Это означает, что скорости частиц среды иесрав-ненно меньше скорости света и можно не учитывать требований теории относительности, как, например, связи массы и длины со скоростью, относительности времени н т. д. Учет релятивистских эффектов необходим при рассмотрении некоторых особых проблем газодинамики, что выходит за пределы этой книги. [c.8] Математически состояние движущейся среды (в наиболее общем случае газа с высокой скоростью) описывается с помощью функций и, V, ш. р, р, Т, р,, Ср, л, определяющих соответственно распределение скорости, давления, плотности, температурь , вязкости, теплоемкости и теилопроводности жидкости. Все эти функции зависят от координат х, у, г и времени I, т. е. относятся к определенным точкам пространства в любой момент времени t. Задача считается решенной, если скорости, температуры, действующие силы, тепловые потоки и другие характеристики движения определены в каждой точке и для каждого момента времени. [c.8] Для установления связи между функциями и, V, ш, р, р, Т, р, Ср, X механика жидкости и газа дает четыре уравнения, из которых три выражают закон сохранения импульса и одно — уравнение неразрывности — выражает закон сохранения массы вещества. Из термодинамики используются недостающие пять уравнений уравнение состояния, связывающее давление, плотность и температуру жидкости уравнение, устанавливающее зависимость вязкости от температуры уравнение энергии, выражающее закон сохранения энергии, и уравнения, устанавливающие зависимость теплоемкости и теплопроводности от температуры. [c.8] Производная в уравнении (1-7) берется при постоянной энтропии 5 (энтропии невозмущенной жидкости) и вычисляется при плотности невозмущенной жидкости. За пределами пограничного слоя, во внешнем потоке, можно пренебречь вязкостью и теплопроводностью вдоль линии тока энтропия не изменяется (за исключением перехода через скачок уплотнения), поэтому во внешнем потоке производная в уравнении (1-7) берется вдоль линии тока. Уравнение (1-7) выражает скорость, с которой звуковые волны распространяются относительно равномерно движущегося потока. Для неравномерно движущейся жидкости оно определяет скорость, с которой возмущения распространяются относительно потока в данной точке, причем длина волны возмущений должна быть малой по сравнению с длиной, характерной для изменения средней скорости. Эта скорость распространения возмущений называется местной скоростью звука в данной точке. Несжимаемые жидкости имеют постоянную плотность, и поэтому в них р=0, скорость звука бесконечно велика (а=оо). [c.10] Число М является важным критерием, характеризующим сжимаемость среды под действием динамических сил в потоке. Поскольку в несжимаемой жидкости звуковые волны распространяются с бесконечной скоростью, число М для нее равно нулю. Поэтому движение несжимаемой жидкости можно рассматривать как предельный случай дозвукового даил ения газа. [c.10] соответствующая температуре торможения. [c.12] Из уравнения (1-14) видно, что торможение сперхзвукового потока газа вызывает значительное увеличение его температуры для воздуха (й= 1,405) имеем при М=1,5 Го=1,4СГ, при М = 2.5 Го = 2,267, при М = 5 Го = 6,06Г. [c.12] Это означает, что, например, при термодинамической температуре воздуха 7 = 300°К его температура торможения для М = 5 равна 1818 К. Поэтому торможение иа обтекаемой поверхности воздуха, движущегося при больших числах М, сопровождается значительным повышением температуры нсохлаждаемой поверхности и может привести к разрушению этой поверхности — сгоранию, плавлению или испарению. Поэтому летательные устройства, движущиеся прн числах М порядка пяти, должны иметь тепловую защиту стальных конструкций. При еще больших значениях числа М невозможно обеспечить надежную работу ограждающих конструкций летательных устройств прн полете в плотных слоях атмосферы без их охлаждения. [c.12] Формулы (1-16) и (1-17) справедливы для адиабатического и изоэнтропического потока газа при любых значениях числа М. [c.12] Условимся относительно системы индексов. [c.13] Три независимые переменные могут быть обозн.ачсны тремя различными буквами, например. V. у, г. Удобнее, однако, обозначить П( ременные данной совокупности одной и той же буквой, различая их посредством ндексов, например л , х или, более компактно, -г, (где /=1, 2, 3). [c.13] Вернуться к основной статье