- •Рыбинская государственная авиационная технологическая академия Конспект Лекций по механике жидкости и газа
- •Оглавление
- •Введение Общая постановка задач в механике жидкости и газа.
- •Кинематические понятия и определения, используемые в прикладной гидрогазодинамике.
- •Классификация сил, действующих в жидкости при ее движении.
- •Глава 1. Одномерное энергоизолированное установившееся движение легкой идеальной жидкости.
- •1.1. Уравнение движения
- •Лёгкой идеальной жидкости в элементарной струйке тока.
- •1.2. Интегрирование уравнения движения.
- •1.3. Скорость звука
- •В элементарной трубке тока
- •1.4. Связь между формой струйки тока и величиной скорости сжимаемого газового потока, движущегося в условиях энергетической изолированности.
- •1.5. Вычисление массового расхода газа по параметрам торможения и приведенной скорости потока. Газодинамические функции расхода.
- •1.6. Газодинамический импульс. Газодинамические функции импульса.
- •Глава 2. Установившееся одномерное движение вязкого сжимаемого газа в канале переменного сечения при наличии энергообмена и массообмена с окружающей средой.
- •Глава 3. Одномерное установившееся движение вязкой жидкости в каналах постоянного сечения.
- •3.1. Описание турбулентных течений путем использования осредненных во времени величин
- •Степень турбулизации течения определяется интенсивностью турбулентности
- •3.2. Гипотеза турбулентности л. Прандтля. Понятие о длине пути перемешивания. Логарифмический профиль осредненной скорости.
- •3.3. Гидравлическое сопротивление круглых труб.
- •3.4. Гидравлические потери на местных сопротивлениях.
- •3.5. Взаимодействие потоков вязких жидкостей. Перемешивание газовых потоков. Потери смешения.
- •Глава 4. Движение вязкой жидкости вблизи твердой поверхности.
- •4.1. Пограничный слой.
- •Т аким образом:
- •4.2. Физическая толщина пограничного слоя. Интегральные толщины.
- •4.3. Интегральное соотношение для пограничного слоя
- •4.4. Методы расчёта пограничного слоя при наличии продольного градиента давления
- •Глава 5. Осреднение параметров газового потока.
- •Глава 6. Сверхзвуковое течение газа.
- •С пониженным давлением.
- •Глава 7. Основные уравнения в механике жидкости и газа.
- •7.1. Уравнение неразрывности.
- •7.2. Уравнение движения.
- •7.3. Дифференциальные уравнения движения.
- •При этом в силу равновесия элемента имеет место равенство моментов сил
- •7.4. Дифференциальные уравнения Навье-Стокса.
- •7.5. Уравнение энергии.
- •7.6. Дифференциальное уравнение энергии.
- •7.7. Дифференциальные уравнения Эйлера.
- •2 .Стационарное винтовое течение:
- •Глава 8. Потенциальное движение идеальной жидкости.
- •Глава 9. Вихревое течение идеальной несжимаемой жидкости.
- •Глава 10. Основы теории подобия
- •Глава 11. Связь энтропии газового потока с коэффициентом сохранения полного давления.
7.7. Дифференциальные уравнения Эйлера.
Дифференциальные уравнения Эйлера -уравнения движения идеальной жидкости. Уравнения Эйлера получаются из уравнений Навье -Стокса при нулевой вязкости:
Уравнения Эйлера в проекциях:
(155)
И
меет
смысл уравнения Эйлера записать в форме,
содержащей
в явном виде изменение скоростей
поступательного и вращательного
движения.
Для этого
следует из обеих частей уравнений в
проекциях вычесть соответствующие
производные квадрата полной скорости:
Поскольку
,
то:
П
ри
этом члены в скобках последних уравнений
представляют в явном виде компоненты
вращательного движения.
Действительно,
деформация
вращения жидкого элемента вокруг оси
Z в плоскости ХОУ (рис.28) обусловлена
тем, что горизонтальная составляющая
скорости точки А выше горизонтальной
составляющей полюса,
а вертикальная
составляющая точки В по модулю превышает
вертикальную составляющую полюса, так
что:
Рис.28. Деформация вращения жидкого элемента.
А
налогично:
Поэтому уравнения Эйлера можно записать так:
В векторной форме уравнения Эйлера, содержащие в явном виде компоненты вращательного движения (их называют уравнения Громеки -Лэмба ), имеют вид:
У
равнения
Эйлера могут быть проинтегрированы при
некоторых условиях. Действительно, при
умножении уравнений Эйлера в проекциях
на элементы длины dx,
dy,
dz
соответственно, члены уравнений
приобретают некоторый новый физический
смысл:
П
оскольку
массовые силы зависят только от координат,
то полный дифференциал потенциала
массовых сил М есть сумма (если существует
потенциал массовых сил):
Т
аким
образом сумма Xdx + Ydy + Zdz представляет
собой полный дифференциал массовых
сил. Сумма
также является полным дифференциалом величины c2/2 ( кинетической энергии).
Е
сли
жидкость обладает таким свойством, что
её плотность зависит только от давления
(например совершенный газ в изотермическом
процессе или несжимаемая жидкость с
постоянной плотностью), то сумма
также является полным дифференциалом некоторой функции П [х,у,z], связанной с давлением следующим образом: dП = dP/
Е
сли
существует потенциал скорости как
функция координат и времени, то справедливы
соотношения
П
оэтому:
С
ледовательно
сумма
является полным дифференциалом частной производной потенциала скорости по времени, т.е.
Т
аким
образом, сумма уравнений Эйлера в
проекциях запишется следующим образом:
Е
сли
существует потенциал скорости, то
компоненты вращательного движения
тождественно равны нулю. Действительно:
П
(156)
Интегралом последнего уравнения является интеграл Коши -Лагранжа:
Постоянная интегрирования, зависящая от времени, постоянна для всей области течения и определяется из начальных условий в виде функции времени.
Е
(157)
Последнее уравнение справедливо как для вихревых, так и безвихревых течений. При этом, если правая часть уравнения равна нулю, то интеграл называется уравнением Бернулли:
Е
сли
массовые силы представлены только
силами тяжести, действующими в направлении
оси Z, то интеграл Бернулли имеет вид:
(158)
В
(159)
П
ри
отсутствии массовых сил дифференциальное
уравнение Бернулли описывает
энергоизолированное установившееся
движение идеальной жидкости. Интеграл
этого уравнения для несжимаемой жидкости
есть:
В
случае сжимаемой жидкости интеграл
дифференциального уравнения Бернулли
для рассматриваемого случая имеет вид:
Правая часть уравнения (157) может быть равна нулю в следующих случаях.
1. стационарное безвихревое течение: x = y = z = 0. Постоянная интегрирования одинакова для всей области течения (например, это давление торможения, одинаковое для всех струек тока несжимаемой жидкости)
