Нестационарное движение жидкости или газа. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Нестационарное движение жидкости или газа - движение жидкости или газа, к-рое характеризуется переменностью во времени полей скорости и давления (наз. также неустановившимся движением). Н. д. возникает при ускоренном или замедленном движении тела сквозь покоящуюся жидкость, при распространении волн, при движении поршня в трубе, заполненной газом, в области отрывных, донных и струйных течений и др.

Нестационарное движение жидкости или газа можно разделить на движение с большими изменениями скорости и давления в зависимости от времени t и движение, когда эти изменения невелики. Течения первого типа обычно встречаются при переходных процессах, напр. при движении тела из состояния покоя до нек-рой конечной скорости, при выходе потока из сопел двигателей и аэродинамич. труб на режим с пост. скоростью течения и др. В течениях второго типа скорости и давления меняются во времени периодически или случайным образом, как, напр., при распространении акустич. волн. Наряду с пульсациями давления акустич. типа в жидкости или газе возникают пульсации давления гидродинамич. типа (псевдозвук), напр. пульсации давления в турбулентном пограничном слое, при натекании дозвукового участка турбулентной струи на плоскую преграду, пульсации давления в зонах отрыва турбулентного пограничного слоя. Наиболее простые нестационарные движения жидкости или газа могут быть определены с помощью расчётно-теоретич. методов. Если ввести прямоугольную систему координат х, y, z и обозначить компоненты скорости газа u через u_x, u_y, u_z, то простейший случай одномерного Н. д. газа, возникающего при распространении в нём плоских, цилинд-рич. или сферич. волн, определяется системой ур-ний:

где р, r - давление и плотность, r - расстояние от плоского, линейного или точечного источника волн. Для плоских волн число v = 1, r = х, |u| = |u_х|, для цилиндрических - число v = 2, r =

|u|=

и для сферических v = 3,

В случае изоэнтропич. движения с плоскими волнами в политропном газе решение имеет вид

где с - скорость звука,

l = u -

- отношение теплоёмкостей при постоянных давлении и объёме.

При автомодельном Н. д. сплошной среды все безразмерные характеристики течения зависят от переменных x/t^a, y/t^a, z/t^a (a - нек-рая постоянная) и, в отличие от системы (*), могут быть найдены из решения системы обыкновенных дифференц. ур-ний.

При безвихревом (потенциальном) Н. д., безграничной или ограниченной свободной поверхностью несжимаемой идеальной жидкости, обтекающей твёрдое тело, потенциалы скорости (см. Потенциальное течение)удовлетворяют Лапласа уравнению при заданных условиях на поверхности тела и в бесконечности, определяя зависящий от времени потенциал скорости Н. д. При этом гл. вектор сил давления потока на симметричное тело не равен нулю в отличие от случая стационарного обтекания (см. Д-Аламбера - Эйлера парадокс).

Сила давления на крыловой профиль при плоском нестационарном потоке определяется обобщённой ф-лой Жуковского, содержащей помимо члена ruГ члены, зависящие от присоединённых масс и от переменности во времени циркуляции скорости Г. Для профиля, имеющего форму эллипса с полуосями а и b, составляющие суммарной силы, действующей на профиль, равны

где w - угл. скорость, оси координат направлены по полуосям эллипса.

Примером Н. д. вязкой жидкости является нестационарное слоистое течение у плоской стенки, к-рая внезапно начинает двигаться с пост. скоростью и₀ (задача Стокса). Такие слоистые течения развиваются при малых Рейнольдса числах Re = ru₀x₀/m <= 2300, где x₀ - характерный размер, m - коэф. динамич. вязкости. При возрастании числа Re в пограничном слое на теле происходит переход ламинарного течения в турбулентное. При этом скорость и давление в фиксир. точке пограничного слоя не остаются постоянными во времени. Эти изменения скорости и давления, наз. турбулентными пульсациями, являются наиб. характерным признаком турбулентности.

Турбулентные нестационарные движения жидкости или газа изучаются гл. обр. эксперим. методами. Осн. предметом моделирования при эксперим. исследованиях Н. д. является Струхаля число Sh = u₀t/L, где u₀ - характерная скорость, a L - характерный линейный размер рассматриваемого течения. Наиб. высокие уровни пульсаций давления наблюдаются в области отрывных течений. Так, в случае Н. д., образующегося на установленной перед торцом цилиндра, обтекаемого в продольном направлении сверхзвуковым потоком, игле длиной 0,3-1 диаметра цилиндра при Маха числах потока М от 1,5 до 10 периодически образуется и разрушается отрывная зона (среднеквадратичная величина пульсаций давления на торце s_S = 0,8

, где

- скоростной напор набегающего потока). В выемках поверхностей, обтекаемых потоком, возникают резонансные колебания давления из-за срыва крупномасштабных вихрей с передней кромки выемки; в турбине возникают пульсации давления на передней кромке ротора в результате периодич. пересечения турбулентного следа за статором лопатками колёс.

Нестационарное движение жидкости или газа часто встречается в технике. Важнейшими примерами являются автоколебания в воздухозаборниках и компрессорах (помпаж), колебания несжимаемой жидкости в трубопроводах и топливных магистралях, тонкостенных элементов конструкции, явления, возникающие при взлёте, посадке и изменении скорости полёта летат. аппаратов, флаттер, процессы в ударных трубах, переходные процессы при запуске и остановке двигателей и др.

Литература по нестационарным движениям жидкости или газа

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.