Модели идеальной и вязкой жидкости

Модели жидкости. Среди математических моделей жидкости наиболее широко применяются две — модели идеальной и вязкой жидкости. Для идеальной жидкости в процессе движения силы взаимного давления двух ее частей, прилегающих к проведенной через любую точку плоскости, всегда перпендикулярны к последней. Иными словами, идеальная жидкость не способна сопротивляться никаким касательным ( сдвиговым ) усилиям. Следствие такого определения — равенство силы нормального давления в точке по всем направлениям для движущейся жидкости. Концепция идеальной жидкости является приближением к реальной жидкости аналогично тому, как идеальная окружность в абстрактной геометрии характеризует зачастую далекие от совершенства окружности. [c.8]

В.4.2. Модели идеальной и вязкой жидкости [c.17]

В настоящем курсе рассматриваются модели идеальной и вязкой несжимаемой жидкостей и лишь в небольшой степени идеального газа. Ниже приводится краткая характеристика только тех методов, которые применяются для решения задач, основанных на этих моделях. [c.23]

Идеальная и вязкая жидкости. Существуют две распространенные модели жидкости. Первая иэ них предполагает, что в жидкости и при движении нет касательных напряжений. Это модель идеальной жидкости. Вторая модель учитывает появляющиеся при движении касательные напряжения. Это модель вязкой жидкости. [c.9]

В учебном пособии рассматриваются следующие вопросы вывод общей системы уравнений гидромеханики, запись этой системы для различных наиболее распространенных моделей жидкости, основы гидродинамики идеальной и вязкой жидкости. [c.2]

Существуют понятия невязкой (идеальной) и вязкой (реальной) жидкостей, принятые в теоретических и практических расчетах. Идеальная жидкость — абстрактная модель жидкости, обладающая абсолютной жесткостью и отсутствием касательных напряжений (отсутствием вязкости), и вязкая жидкость, в которой при движении возникают касательные напряжения (напряжения трения). [c.52]

Для лучшего понимания теоретических построений и расчетных методов читатель должен в первую очередь получить представление об истинном, наблюдаемом в опытах, характере реальных гидромеханических явлений. Тогда легче и правильнее усваивается сущность теоретических моделей этих явлений, создается более ясное и правильное представление о степени приближенности исходных предпосылок и границ применимости теории. Например, уже в гл. 2 Кинематика даются первые сведения о возможной кинематической структуре потоков реальных жидкостей, включая описание кинематической картины ламинарного и турбулентного течений. Этим же соображением обусловлено изложение законов движения идеальной жидкости только после того, как выведены уравнения вязкой жидкости. В пользу такого расположения материала говорит возможность рассматривать [c.4]

Идеальная или невязкая жидкость является упрощенной моделью реальной (вязкой) жидкости. По предположению, идеальная жидкость имеет все свойства реальной, кроме вязкости, поэтому для получения уравнения ее движения можно применить уравнения Навье — Стокса, положив л = О . Тогда уравнения движения вязкого газа (5.8) и движения вязкой несжимаемой жидкости (5.9) упрощаются и принимают вид [c.99]

Очевидно, что после обращения движения или, что то же самое, просто при изучении движения жидкости относительно неподвижных тел все силы и внутренние напряжения останутся неизмененными. Согласно принципу Галилея — Ньютона такое обращение с сохранением всех силовых взаимодействий можно делать всегда для любой модели жидкости. В случае вязкой жидкости из-за условия прилипания необходимо после обращения движения двигать трубу вдоль ее образующих, если при абсолютном движении труба была неподвижной. В идеальной жидкости такое движение трубы никакого влияния на движение жидкости не оказывает, поэтому при обращении движения трубу можно сохранять неподвижной. В вязкой жидкости влияние граничных условий прилипания на стенках трубы конечной длины существенно проявляется в обычных случаях только вблизи стенок трубы, и поэтому для обтекания [c.70]

Основные понятия. Законы движения жидкостей и газов во многом одинаковы, и поэтому в гидроаэродинамике жидкости и газы объединяют в единое понятие жидкостей. В гидроаэродинамике помимо реальных жидкостей и газов рассматриваются различные модели жидкостей, которые лишь приближенно соответствуют реальным жидкостям и газам. Можно указать три основные модели жидкостей, а именно идеальная несжимаемая жидкость, идеальная сжимаемая жидкость и вязкая несжимаемая жидкость. Реальные жидкости в большей или меньшей степени и сжимаемы, [c.503]

Пространственному движению в пограничном слое обязательно соответствует некоторое вторичное течение в основном потоке, которое может быть найдено, если известно движение в пограничном слое. Для этого следует применить известное свойство вихревого движения жидкости (которым в данной задаче воспользовался Н. Е. Жуковский) движение вязкой жидкости в каждый момент времени можно рассматривать как движение идеальной жидкости при наличии известной завихренности в пограничном слое у твердых границ потока. При этом в отличие от описанных ранее вихревых моделей движения используется только одно условие сохранения вихря в каждый момент времени (вторая теоре 5а Гельмгольца) возникновение же и развитие вихрей объясняется трением жидкости в пограничном слое. В силу установленного пространственного характера пограничного слоя вихревые линии в нем не перпендикулярны ю скоростям внешнего потока, чему и соответствует вторичное течение, подобное указанному на рис. 148, б. [c.443]

Подчеркнем, что нерасчетные режимы работы сопла Лаваля рассмотрены здесь в одномерной постановке и на модели идеальной жидкости. В вязкой жидкости при возникновении скачков уплотнения возможно появление более сложных отрывных течений. [c.127]

Все жидкости обладают внутренним трением, обусловленным вязкими свойствами сред. Влияние вязкости на характер течения жидкости неоднозначно. В некоторых задачах вязкость играет решающую роль и определяет движение среды. В других случаях ее влияние сказывается слабо и представление о характере течения можно получить без учета вязких сил. Пренебрежение вязкими силами существенно облегчает аналитическое исследование, и вместо реальной жидкости оказывается целесообразным рассматривать модель идеальной жидкости. Идеальная жидкость —это абстрактная л<идкость, лишенная внутренних сил трения. Указанную модель следует рассматривать как первое, но важное приближение к реальной модели течения. При изучении вязких свойств обнаруживается также различие между капельной и сжимаемой жидкостью, обусловленное молекулярной структурой вязкость несжимаемой жидкости с ростом температуры уменьшается, а вязкость газов растет. [c.15]

Рассмотренные теоремы определяют основные свойства вихревых движений идеальной жидкости. В вязкой жидкости эти движения являются преобладающими, и здесь мы сталкиваемся как с непрерывным распределением завихренности, так и с дискретными вихревыми трубками и вихревыми образованиями. Закономерности вихревого движения, установленные на основе модели идеальной жидкости, позволяют объяснить и многие особенности течения вязкой жидкости. Часто для этого достаточно использовать результаты решення задачи о движении жидкости в круговом вихревом цилиндре и в его окрестности. [c.97]

Следует отметить, что формулы (3.9) - (3.11) относятся как к модели идеальной жидкости без трения (без касательных напряжений), так и к реальной вязкой жидкости. [c.30]

Одновременно, примерно с последней трети XIX в., появились или начали развиваться новые модели. В частности, благодаря основополагающим работам Дж. Г. Стокса начала обсуждаться модель вязкой жидкости (введенная еще И. Ньютоном, но в течение полутора столетий не оформившаяся и не развивавшаяся). Появилась модель идеально пластического тела (Сен-Венан, [c.277]

При решении конкретных задач гидродинамики для всех математических моделей (от установившихся движений идеальной жидкости до неустановившихся движений сжимаемой вязкой жидкости — плоских и с осевой симметрией) все большее и большее значение приобретают приближенные решения. За последнее десятилетие в этом направлении достигнуты особенно большие успехи благодаря созданным и освоенным электронно-вычислительным машинам (ЭВ]Ч). [c.115]

Перемещение жидкости по поверхности твердого тела или внутри него (например, в интервале кристаллизации) происходит по разным закономерностям в зависимости от характера их физико-химического взаимодействия. В гидродинамике идеальной жидкости при определении закономерностей ее перемещения, исходят из представления об однородной жидкости с заданной плотностью, не имеющей собственной внешней формы. Особенностью состояния поверхности жидкости, отличающей ее от внутренней части, при этом пренебрегают. Более сложны модель вязкой жидкости и закономерности ее смещения. Состояние поверхности жидкости, определяемое поверхностным натяжением или поверхностной энергией (а), учитывается только при перемещении жидкости в капиллярах и изучается в физико-химической гидродинамике [79]. При этом в первом приближении не учитывается возможное химическое взаимодействие между жидкой и твердой фазой. [c.9]

Анализ устойчивости в рамках модели идеальной жидкости, сводится к решению уравнения Рэлея (19). В этом простом случав задача решается аналитически [11] и для нарастающих возмущений С = (1Ь а + УШ сс)/(1 + а). В случае вязкой жидкости уравнение Орра — Зоммерфельда (18) для профиля (23) также имеет аналитическое решение [c.26]

Нелинейная теория ряби Фарадея была впервые построена в работе [17] на основе модели идеальной жидкости. В ней довольно полное исследование нелинейных аспектов параметрически возбуждаемых волн проведено на основе лагранжева подхода. При таком подходе учет диссипативных эффектов затруднителен, поэтому в [17 вязкость либо не учитывалась, либо вводилась модельным образом в предположении, что вязкая сила, действующая на жидкую частицу, пропорциональна ее скорости. В работах [18, 19] подобная методика применялась для волн в стратифицированных средах. В дальнейшем нелинейная теория ряби Фарадея развивалась в [20-25] и других работах. Отличительной особенностью цитированных работ является либо полностью невязкий подход, либо феноменологический учет вязкости. [c.24]

Рассмотренная в 11.1 модель идеальной жидкости предполагает полное пренебрежение касательными напряжениями. Однако в действительности такие напряжения имеют место при движении жидкостей и газов. Изучим свойства среды, в которой напряжения зависят от скоростей деформаций, при этом наряду с нормальными напряжениями, вообще говоря, отличаются от нуля и касательные напряжения. Такую среду называют вязкой жидкостью. [c.522]

Скачок уплотнения. Внутреннюю структуру скачка уплотнения, который в рамках гидродинамики идеальной жидкости заменяется разрывом, следует рассматривать на основе теории, учитывающей диссипативные процессы — вязкость и теплопроводность. В качестве простейшей модели можно использовать уравнение движения вязкой жидкости Навье — Стокса. Уравнения одномерного течения вязкого и теплопроводного газа — течения, стационарного в системе координат, связанной с фронтом ударной волны,— имеют вид [c.212]

Прежде всего надо иметь в виду, что коэффициенты U, и X, как мы видели, для большинства жидкостей и особенно газов весьма малы (см. табл. 3). Однако условия (2.127) требуют не только малости этих коэффициентов, но и малости градиентов скоростей и температур, которые определяют необратимые процессы, т. е. течений специального вида с не слишком большими градиентами. Оказывается, что такие течения не столь уж редки поэтому их рассмотрение в приближениях (2.127) представляет практический интерес. Как будет показано дальше, в тех случаях, когда силы инерции стационарного потока (слагаемое р (у V ) V в уравнении (2.118)) значительно превосходят силы вязкости (последние два слагаемых), влияние вязких напряжений суш,е-ственно только в пристеночном слое у твердых тел, в так называемом пограничном слое. Именно в нем градиенты скорости велики и предположения (2.127) не имеют места. Но этот слой имеет очень малую толщину, и тем меньше, чем больше инерционные силы и меньше силы вязкости. Во всей остальной области потока реальной вязкой жидкости и вязкого газа, где градиенты скорости сравнительно малы, силы вязкости будут пренебрежимо малы по сравнению с силами давления и силами инерции. В этой области потока, т. е. почти всюду, за исключением тонкого пристеночного слоя среды, можно, таким образом, пользоваться моделью идеальной среды. [c.372]

Оказывается, что движение гранулированных сред может успешно изучаться при помощи моделей идеальной жидкости ( сухая вода ), вязкой ньютоновской и неньютоновской жидкостей, пластических и упруго вязких сред и т. д. При этом применяются как методы феноменологической гидродинамики и теории упругости и пластичности, так и статистический подход, основанный на изучении законов взаимодействия отдельных гранул и получения при помощи функции распределения (обычно рассматривают равновесную функцию распределения) выражений для тензора напряжений, скорости, плотности и т. д. [c.403]

Количественная связь между касательными напряжениями и скоростями сдвига может быть различной. Установление наиболее общих законов этой связи составляет цель специальной науки — реологии. Реологические закономерности особенно важны для изучения движений некоторых специфических по своей микроструктуре жидкостей (рас-плавы пластических материалов, масляные краски, целлюлоза и др.). В настоящем курсе мы будем иметь дело преимущественно с двумя простейшими моделями жидкой или газообразной среды идеальной (без внутреннего трения) и вязкой (ньютоновской, с напряжением трения, пропорциональным скорости сдвига). Все газы и многие широко применяемые на практике жидкости (вода, глицерин, жидкие металлы) являются обычными ньютоновскими вязкими средами. [c.12]

Другим связующим звеном является определяющее уравнение. В противоположность материалам классической механики сплошной среды (идеальная жидкость, идеально упругое тело) наиболее важные модели сплошной среды, представляющие интерес в настоящее время (вязкая жидкость, вязко-упругие материалы, вязко-пластические и пластические твердые тела и т. д.), обладают внутренним трением. Если элемент такого материала подвергается деформации, внутри этого элемента сейчас же возникает некоторое количество энтропии. Именно это обстоятельство и приводит нас к термодинамике, или, точнее, к термодинамике необратимых процессов. [c.8]

Кроме простейшей модели абсолютно твердого тела, в механике применяются другие модели твердых, жидких и газообразных тел. Так, иапрнкер, имеются модели упругих и пластических тел, модели идеальной и вязкой жидкости и т. п. Эти модели изучаются в других разделах механики — в теории упругости, в механике жидкостей и газов и т. п. Конечно, все дюдели тел представляют лишь приближение к реальным телам и ими можно пользоваться только в рамках сделанных предположений. [c.18]

И если применительно к классическим моделям идеальной и вязкой жидкости первый этап успешно давно решен — уравнения Эйлера и Навье — Стокса выглядят обманчиво просто, то второй и третий этапы встречают до сих пор огромные трудности. Эти трудности связаны прежде всего с нелинейностью основных уравнений движения. ГГрименительно к идеальной жидкости Г.Гельмгольц установил [ 135], что все возможные интегралы уравнений Эйлера делятся на два широких класса,отвечающих так называемому потенциальному и вихревому движению.Г.Гельмгольц детально исследовал основные общие свойства интегралов вихревого движения и, по словам [c.6]

В механике ньютоновских жидкостей рассматривают различные их модели, Наиболее простой моделью жидкости является несжимаемая идеальная жидкость, для которой плотность р = onst (несжимаемая) и коэффициент динамической вязкости р = О (идеальная). Другой моделью является вязкая несжимаемая жидкость. Для нее р = onst и р = = onst. Самой простой моделью сжимаемой жидкости является идеальная сага-маемая жидкость, или идеальный газ. Для него р = О, а плотность уже не является постоянной. Она для совершенного газа связана с давлением р и температурой Т уравнением состояния (уравнением Клапейрона) [c.557]

Успешно решены также ми. -задачи о вихревых и волновых движениях идеальной жидкости (о вихревых нитях, слоях, вихревых цепочках, системах вихрей, о волнах на поверхности раздела двух жидкости , о капиллярных волнах и др.). Развитие вычислит, методов Г. с использованием ЭВМ позволило решить также ряд задач о движении вязкой жидкости, т. е. получить в нек-рых случаях решения полной системы ур-ний (1) и (2) без упрощающих предположений. В случае турбулентного течения, характеризуемого интенсивным перемешиванием отдельных. элементарных объёмов ж идкостк и связанным с этим переносом массы, nir-пульса и теплоты, пользуются моделью осредпсппого по времепи движе1Н1я, что позволяет правильно описать осн. черты турбулентного течения жидкости и получить важные практнч, результаты. [c.466]

В истории гидродинамики первая половина XIX в. характеризуется попытками обобщения понятия идеальной жидкости. Хотя введение модели вязкой жидкости и не приблизило гидродинамику XIX в. к решению широ-66 кого круга практических задач, оно было вызвано имевно стремлением разобраться в задачах инженерной гидравлики и прежде всего в вопросах происхождения сопротивления. [c.66]

Достигнутые успехи привели к более или менее отчетливому осознанию основных принципов построения механики сплошной среды как единой феноменологической дисциплины, основанной на макроэкснерименте, хотя и построение конкретных моделей по некоторому паспорту экспериментальных данных представляет собой весьма сложную задачу. Грани между так называемым твердым деформируемым телом, жидкостью и газом, определяемые для реальных тел физическими параметрами (давление, температура, скорость процесса и пр.), стираютсяи в их модельном описании. Для примера, модель несжимаемого упруго-вязко-пластического тела включает в себя как частные (предельные) случаи упругое тело, вязкую жидкость, идеальную 279 несжимаемую жидкость, идеально-пластический материал. [c.279]

Эллипсоид. Стационарные и автоколебательные конвективные движения в полости эллипсоидальной формы (в том числе вращающейся) подробно исследовались в работах Ф.В. Должанского с сотрудниками. В [127] показано, что конвекция идеальной жидкости в эллипсоиде с пространственно-линейными полями скорости и температуры описывается шестимодовой системой уравнений движения тяжелого волчка. Для конвекции вязкой и теплопроводной жидкости предложены и изучены модели, в которых диссипативные эффекты учитывались феноменологически [128]. Непосредственный вывод шестимодовой модели из уравнений Буссинеска проведен в работе М.А. Закса [129]. Предложенная модель описывает до 13 различных стационарных режимов, обменивающихся устойчивостью при изменении числа Рэлея. Хаотический режим существует на интервалах значений числа Рэлея, ограниченных сверху и снизу последовательностями бифуркаций типа удвоения периода. [c.286]

Таким образом, парадокс Эйлера — Даламбера связан с пере-упрощением модели, и таких парадоксов много (см. [12]). Со времен Л. Прандтля, создавшего теорию пограничного слоя, всеобщее расирострапение получило мнение, что учет вязкости снимает все парадоксы. Как пишет О. А. Ладыженская [84], математическая модель ВЯЗК011 жидкости с ее основными уравнениями Навье — Стокса, как мальчик для битья, должна была отвечать за все несуразности в теории идеальной жидкости (выдать подъемную силу, лобовое сопротивление, турбулентный след и многое другое) . Но, по мнению Ольги Александровны, мальчик не справился с задачей, так как в теории вязкой жидкости появились свои парадоксы. В этой связи представляется уместным кратко обсудить вопрос [c.5]

Полное решение проблемы выбора надлежащей модели материала даже в такой упрощенной форме далеко от завершения, однако имеются примеры удачных частных решений. Так, при сверхвысоких (порядка модуля упругости) давлениях, развивающихся при гиперскоростных соударениях, успешно используется модель идеальной жидкости (М. А. Лаврентьев, 1949). Для материалов типа полимеров, для которых существенны эффекты несовершенной упругости, иногда используется модель вязкоупругого тела (см., например, А. Ю. Ишлинский, 1940). Что касается материалов типа металлов, находящихся под действием умеренно высоких напряжений порядка предела текучести (которым, в основном, и посвящен данный обзор), то для их изучения могут использоваться два подхода. В основе первого из них лежит допущение, что за пределами упругости материал переходит в вязко-пластическое состояние и его определяющее уравнение зависит от времени. Начало этому направлению подолбили работы А. А. Ильюшина (1940, 1941), в которых в качестве определяющих уравнений использованы уравнения вязко-пластического течения, не учитывающие упругих деформаций. В этих работах дано решение нескольких теоретических задач (удар по цилиндрическому образцу твердым телом, деформирование полого цилиндра под действием внутреннего давления) и описан сконструированный автором первый пневматический копер, позволявший достигать скоростей деформаций порядка 10 Исек (с помощью его были определены коэффициенты вязкости некоторых металлов). Сразу вслед за тем учениками А. А. Ильюшина были решены задачи о вращении цилиндра в вязко-пластической среде (П. М. Огибалов, 1941) и об ударе цилиндра по вязко-пластической пластинке (Ф. А. Бахшиян, 1948 — опубликование этой работы задержалось на ряд лет). С математической точки зрения уравнения динамики одноосного вязко-пластического тела принадлежат к классу уравнений параболического типа. [c.303]

Предполагая отсутствие внутреннего трения и процессов переноса, приходят к модели идеальной жидкости, которая оказывается пригодной для описания многих важных сторон явлений обтекания тел или протекания жидкости сквозь каналы, но по самой своей сущности не может, например, объяснить проис ождения сопротивления тел, разогревания жидкостей и газов за счет диссипации механической энергии в тепло, тепломассопереноса в жидкости и др. Для описания этих явлений необходимо пользоваться более сложной моделью вязкой, проводящей тепло и обладающей способностью переноса примесей (диффузии) жидкости или газа. [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...