70657

ПОНЯТИЕ О ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ, ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ И ЕГО СВОЙСТВА

Лекция

Физика

Аэрогидрогазодинамика как наука изучает явления, которые связаны с движением жидкости и газа. Изучение законов движения жидкости и газа, и взаимодействие их с твердыми телами возможно на основе теоретических познаний.

Русский

2014-10-23

1.44 MB

3 чел.

1

ЛЕКЦИЯ 2.1 ПОНЯТИЕ О ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ И ГАЗОВ, ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ И ЕГО СВОЙСТВА

План:

2.1.1 Понятие о потоке жидкости и газа

2.1.2 Прямолинейное равномерное движение жидости и газов

2.1.3 Понятие о вращательном движении частичек жидкости и газа

2.1.1 Понятие о потоке жидкости и газа

2.1.1.1 Место теории в изучении среды

Аэрогидрогазодинамика как наука изучает явления, которые связаны с движением жидкости и газа. Изучение законов движения жидкости и газа, и взаимодействие их с твердыми телами возможно на основе теоретических познаний.

Какова же роль теории в познании окружающей нас среды ?

1 Во-первых, теория должна объединять совокупность явлений, приводя их к неко-торому простому виду, который позволяет применение математического метода иссле-дований.

2 Во-вторых, теория дает возможность производить различные практические расче-ты и определять, например, рациональные формы и размеры ЛА и их составляющие части.

3 В-третьих, правильная теория отображает объективную истину и поэтому ее раз-витие может предусматривать новые явления, которые ещё неизвестны, незнакомы и не изучены.

Вначале появилась теория И.Ньютона, которая рассматривала среду как дискретную структуру, состоящую из отдельных частиц жидкости или газа, несвязанных между собой, называемых «корпускулами». 

Затем теорию развил Л. Эйлер, который предложил рассматривать среду сплошной идеальной жидкостью, лишенной вязкости и сжимаемости, способной передавать только нормальное давление на поверхности обтекаемого тела. 

После появилась теория о вязкой среде, предложенная Л. Прандтлем, которая позво-лила учитывать силы трения, вызванные вязкостью.

В настоящие время появилась теория газов, но не на основе теории Ньютона, а на основе теории сверхбыстрого движения отдельных частиц материи, которые движутся и соударяются с телами в соответствии с кинетическо-молекулярной теорией газов. Таким образом теория не стоит на месте, а все время развивается.

2.1.1.2 Понятие о потоке жидкости и газа

Потоком жидкости и газа называется направленное перемещение частиц массы ве-щества в пространстве с определенными скоростями и в заданном направлении. Различа-ют установившиеся и неустановившиеся потоки.

Установившимся потоком называется такой поток, в котором направление и вели-чина скоростей частичек жидкости и газа, а так же физические параметры состояния сре-ды ( с течением времени не изменяются. Такой поток носит название – стацио-нарный поток.

Неустановившимся потоком называется такой поток в котором направление и ве-личина скоростей частичек жидкости и газа, а также физические параметры состояния среды ( с течением времени изменяются. Такой поток носит название не стацио-нарный поток.

2.1.1.3 Виды движения жидкости и газа

Каждое перемещение частичек жидкости и газа характеризуется скоростью и направлением движения. Наблюдая за движением частичек, можно убедится что скорость этого движения в разные моменты времени и в различных точках потока могут сильно отличаться. При этом методы наблюдения за движением частиц потока могут быть различными:

1 По первому методу, можно выбрать в массе движущейся жидкости и газе, одну какую нибудь частицу и двигаясь вместе с ней наблюдать за ее скоростью в различных точках траектории и измерять параметры состояния среды (метод Лагранжа).

Рис 2.1.1 Схема наблюдеия по методу Лагранжа

2 По второму методу, можно выбрать одну какую – нибудь точку рядом с потоком и оставаясь неподвижным, наблюдать за скоростями различных частичек жидкости, кото-рые протекают мимо этой точки и измерять параметры состояния среды (метод Л. Эйлера).

Рис 2.1.2 Схема наблюдеия по методу Эйлера

Применение метода Л. Эйлера упрощает исследования обтекания тел на основании законов движения жидкостей и газов, так как дает возможность использовать аппарат математического моделирования и анализа.

Кроме этого, в газах кроме прямолинейного движения частичек возможны и их вращательные движения. В общем случае движение жидкости и газа включает в себя: поступательное движение, вращательное движение и деформацию частичек потока.

2.1.2 Прямолинейное равномерное движение жидости и газов

Рассмотрим происхождение скоростей и ускорений при исследовании метода Л. Эйлера для изучения движения жидкости.

Определим в некоторый момент времени (t) небольшую частичку, которая находится в т. А с координатами (x,y,z). В момент времени (t+ точка переместится в т.В и коор-динаты изменятся (x+. Можно определить составляющие скоростей частичек по осям ОX; OY;OZ.

;;

Рис 2.1.3 Схема пространственного перемещения частичек воздуха

В каждой точке пространства скорости возможно выразить в виде функции координат и времени (метод Эйлера)

При установившемся движении потока жидкости скорость, давления и плотность является только функциями координат точки. Это значит, что через данную точку пространства все частицы потока проходят с одинаковой скоростью.

Поток жидкости и газа характеризуется определёнными понятиями и определени-ями.

1 Траектория

Траекторией называется линия, представляющая собой геометрическое место точек, последовательно проходимых одной и той же частичкой жидкости при ее движении в пространстве (как бы след движущейся частицы в среде).

Рис 2.1.4 Схема траектории частичек воздуха

  1.   Линия тока

Линией тока называется такая линия проведенная в потоке жидкости, в каждой точке которой в определенный момент времени вектор скорости движения частиц совпа-дает с направлением касательной к этой линии.

Рис 2.1.5 Схема линии тока

  1.   Трубка тока 

Трубкой тока называется объемная поверхность образованная линиями тока, прохо-дящих через некоторый бесконечно малый замкнутый контур.

Рис 2.1.6 Схема трубки тока

4 Струйка

Струйкой называется часть потока движущегося внутри трубки тока. При этом, через боковую поверхность трубки тока отсутствует протекание жидкости.

Если течение установившееся, то конфигурация линий тока не меняется с течением времени и в этом случае линии тока совпадают с траекторией. В установившемся потоке трубка тока сохраняет неизменённое положение в пространстве.

Картина, показывающая распределение линий тока вокруг обтекаемого тела, назы-вается спектром обтекания этого тела. Чтобы получить спектр обтекания опытным путем, необходимо сделать видимым движение частиц воздуха в потоке. Это можно дос-тичь или введением в поток струек дыма, тонких нитей или другими методами визуализа-ции.

Рис 2.1.7 Схема спектров обтекания твердых тел потоком воздуха

2.1.3 Понятие о вращательном движении частичек жидкости

Иногда жидкость приходит во вращательное движение которое называется вихре-вым движением подобно тому, как движется вода в речных водоворотах. Условия для завихрения создаются, например при обтекании тел с острыми поперечными ребрами или затупленной задней кромкой. Струйки, обтекающие плохообтекаемое тело не могут резко под углом, изменять направление своего движения, поэтому из этих струек и подсасывае-мого из застойной зоны воздуха формируются вихри срывающиеся с острых кромок или областей резкого изменения направления движения, которые уносятся потоком. Для тео-ретических рассуждений о влиянии вихрей используется основные понятия движения вих-ревого потока.

1 Угловые скорости вращения 

В общем случае движущаяся частица газа перемещается прямолинейно, вращается вокруг своей оси и деформируется. Угловая скорость вращения частиц жидкости имеет место там, где есть градиент скорости течения потока жидкости.

Поток жидкости в котором частички вращаются вокруг своего центра масс с неко-торой угловой скоростью  называется вихревым.

2 Вихревая линия, вихревая трубка, вихревой шнур

2.1 Вихревой линией называется линия, в каждой точке которой в данный момент времени (t), вектор угловой скорости вращения частичек жидкости направлен по касатель-ной к ней.

Рис 2.1.8 Схема вихревой линии

Если через все точки замкнутого контура поперечного сечения вихря провести вих-ревые линии, то получим поверхность, называемой вихревой трубкой.

2.2 Вихревой трубкой называется объёмная поверхность образованная вихревыми линиями, проходящими через некоторый бесконечно малый контур в пространстве. Внутри вихревой трубки частицы совершают вращательно – прямолинейное движение. Эти частицы образуют вихревой шнур.

2.3 Вихревым шнуром называется часть потока движущегося внутри вихревой трубки.

Рис 2.1.9 Схема вихревого шнура

Бесконечно тонкий вихревой шнур в аэродинамике называется вихревой нитью.

Вихревые шнуры образуются при перетекании воздуха на концах консолей крыла с нижней поверхности на верхнюю из области высокого давления под крылом в область низкого давления над крылом.

Рис 2.1.10 Схема образования вихревого течения на элементах конструкции ЛА


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51906. Психологический анализ урока 38 KB
  В ходе анализа рассматривается насколько урок соответствует уровню подготовки учащихся и их интеллектуальному развитию. Анализируются психологическая природа усвоения учебного материала развития интеллектуальной активности обучаемых в учебном процессе соответствие приемов и способов работы возрастным и индивидуальнопсихологическим особенностям учащихся. критерии Психологическая цель урока: 1 проектирование развития учащихся в пределах изучения конкретного учебного предмета и конкретного урока; 2 учет в целевой установке урока...
51911. Финансовые отношения предприятия с бюджетом 44 KB
  Налоги – это обязательные платежи взимаемые государством с юридических и физических лиц в государственные или местные бюджеты. По методу установления налоги подразделяются на: Косвенные – налоги устанавливаемые в виде надбавки к цене или тарифу НДС акцизы. Прямые налоги – устанавливаются на доход или имущество налогоплательщика. В зависимости от органов власти устанавливающих налоги выделяют: 1 Государственные – это налоги которые разрабатывает правительство и которые зачисляются в центральный или местные бюджеты налог на прибыль на...
51913. Социальная политика государства 42.5 KB
  Доходы и проблемы их распределения в рыночной экономике. Доходы и проблемы их распределения в рыночной экономике. Доходы – это сумма денежных средств получаемая за определённый промежуток времени и предназначаемая для приобретения благ и услуг в целях личного потребления. Законные доходы – доходы получаемые от деятельности не противоречащей существующим юридическим законам.