Введение

Механика жидкости и газа объединяет две дисциплины: гидравлику, т.е. науку о движении жидкости и газа с малыми скоростями, и газовую динамику – науку о движении газа с высокими скоростями, превышающими скорость звука.

При движении жидкости и газа параметры состояния потока изменяются при переходе от одной точки пространства к другой и от одного момента времени к другому. В качестве параметров состояния рассматривается давление Р, плотность ρ, температура Т и скорость С газа, причем скорость является векторной величиной, т.е. характеризуется значением и направлением. Проекции скорости на оси координат x, y, z соответственно составляют u, v, w. Задача о течении жидкости и газа в общем случае сводится к определению значения этих шести переменных для каждой точки потока в любой момент времени t.

Механика жидкости и газа рассматривает одномерные, плоские и пространственные потоки жидкости и газа. Вначале жидкость и газ рассматривают как идеальный, а затем – как реальный (с учетом вязкости, теплопроводности и др.). Кроме того, газовый поток может быть потенциальным или вихревым, ламинарным или турбулентным, дозвуковым или сверхзвуковым. Для всех этих случаев выводятся уравнения движения газа. Уравнения движения обычно записываются в дифференциальной форме в частных производных второго порядка.

Газовый поток при своем движении подвергается различным воздействиям – геометрическому, тепловому, механическому, химическому (горение) и др. Механика жидкости и газа отвечает на вопрос о том, как поведет себя поток при том или ином воздействии, причем одно и то же воздействие на дозвуковой и сверхзвуковой поток приводит к прямо противоположному результату.

При выполнении расчетов необходимо учитывать, что в газовом потоке возникают вихри и циркуляционные потоки, существенно изменяющие картину течения потока.

В механике жидкости и газа рассматриваются три группы задач:

– внутренние (исследование течений жидкости в различных каналах, например в канале между лопатками турбины);

– внешние (обтекание твердых тел потоком жидкости или газа);

– струйные (изучение течения струй жидкости или газа, вытекающих из отверстий, например из межлопаточных каналов турбины).

Механика жидкости и газа является фундаментальной наукой, изучающей общие свойства жидкости и газа при их движении без наложения каких-либо ограничений.

Глава 1. Основные понятия и уравнения

Жидкости и газы обладают свойством текучести и рассматриваются в виде сплошной среды, способной деформироваться под действием внешних сил. Жидкость и газ заполняют весь предоставленный им объем, что позволяет при их исследовании применять расчетную модель, обладающую свойством непрерывности. Гипотеза непрерывности (сплошности) среды упрощает ис­сле­дование, так как позволяет рассматривать харак­теристики жидкой среды (скорость, плотность, давление, температуру) как функции координат точки в пространстве и во времени.