 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
И реальная жидкости
|
|
Жидкости и газы, являющиеся объектом изучения МЖГ, обладают двумя основными свойствами: сплошностью и легкой подвижностью или текучестью.
Действительное строение материи, в частности жидкости и газа, – молекулярное. Беспорядочное молекулярное движение, накладываясь на основной поток, значительно его усложняет. Теория не может рассматривать действительность со всей присущей ей сложностью явлений. Теория всегда начинает с упрощения (схематизации) явления, что приводит к модели явления, которая затем кладется в основу исследований.
При изучении практических вопросов силового взаимодействия между газом и находящимся в нем твердым телом (основная задача аэродинамики) можно рассматривать газ как сплошную среду, в которой отсутствуют пустоты, межмолекулярные промежутки и молекулярное движение. Отвлекаясь от молекулярного строения жидкости (газа), можно представить ее как непрерывно распределенную по пространству среду, обладающую физическими свойствами реальной жидкости.
Это предположение называется гипотезой непрерывности, или сплошности, среды (впервые введена в науку Даламбером в 1744 г., а затем Эйлером в 1753 г.).
Гипотеза непрерывности жидкой среды упрощает исследование; она позволяет рассматривать все механические характеристики жидкой среды, каковыми являются скорость, плотность, давление и т. д., как функции координат точки и времени, функции непрерывные и дифференцируемые. Это дает возможность использовать математический аппарат, базирующийся на непрерывных функциях. Молекулярное строение жидкости и газа при этом учитывается через физические свойства среды – плотность, вязкость, теплопроводность и т. д.
Гипотеза о сплошности среды (как и всякая гипотеза) применима в определенных пределах. Она неприменима для сильно разреженных газов, когда длина свободного пробега молекул становится соизмеримой с линейными размерами обтекаемого тела.
При изучении движения тела в газе критерием сплошности среды служит число Кнудсена, равное отношению длины свободного пробега молекул l к характерному размеру тела L (Kn= l / L). В зависимости от значения числа Кнудсена различают следующие режимы течения газа:
Kn < 0,01 – сплошная среда (область обычной газодинамики);
0,01 < Kn < 1 – умеренно разреженная среда, когда возникает так называемое течение со скольжением (скорость потока у стенки не равна нулю, как в сплошной среде, а газ как бы скользит по поверхности тела с конечной скоростью);
1 < Kn < 10 – переходная область от течения со скольжением к свободномолекулярному потоку; здесь необходимо учитывать взаимодействие молекул друг с другом и взаимодействие отраженных от поверхности молекул с молекулами набегающего потока;
Kn > 10 – чрезвычайно большая разреженность среды, когда влияние соударения молекул на величину и направление скорости значительно меньше, чем изменения скорости от соударения молекул с поверхностью тела; газ необходимо рассматривать как свободномолекулярный поток.
В соответствии с гипотезой сплошности в аэрогидродинамике под жидкой частицей понимают не отдельную молекулу, а малый по сравнению с характерными размерами потока или тела элементарный объем 
.
Физически бесконечно малым объемом называют следующий объем:
1) размеры, которого пренебрежимо малы по сравнению с характерным размером газодинамического течения, так что его средние характеристики не зависят от ;
2) который содержит достаточно много молекул, так что его средние характеристики устойчивы по отношению к (при нормальных условиях куб с ребром, равным 0,001 мм, содержит 
молекул).
Легкая подвижность или текучесть позволяет ввести понятие вязкости как свойство жидкости и газа оказывать сопротивление при их перемещении. Текучесть есть величина обратная вязкости. У газов, по сравнению с жидкостью, текучесть выше (вязкость ниже).
При дозвуковых и умеренных сверхзвуковых скоростях воздух можно рассматривать как совершенный газ с постоянными удельными теплоемкостями (при гиперзвуке это упрощение неприменимо).
Вязкой жидкостью называют жидкость, при изучении движения которой необходимо учитывать силы внутреннего трения и теплопроводность, обусловленные молекулярным движением.
Жидкость, в которой отсутствуют внутреннее трение и теплопроводность, называют идеальной нетеплопроводной жидкостью. Если при рассмотрении движения реальной жидкости можно пренебречь внутренним трением, то ее можно рассматривать как идеальную.
В газодинамических задачах рассмотрение газа как идеальной жидкости возможно при расчетах распределения давления на поверхности обтекаемых тел и при расчетах распределения температур жидкости на достаточно большом расстоянии от твердой поверхности или от переходных областей.
В действительности реальные газы обнаруживают отклонение от характеристического уравнения идеального газа. Чем выше температура и ниже давление, тем реальные газы по своим свойствам ближе к идеальным. В аэродинамике ЛА воздух с очень высокой точностью описывается моделью идеального газа при числах Маха М 
3. Для М 5 можно считать воздух совершенным для расчета давления и нельзя считать его таковым для расчета температуры. При М > 5 модель совершенного газа для воздуха не приемлема. При таких скоростях движения очень сильно возрастает температура вблизи поверхности тела, что приводит к диссоциации, а затем и к ионизации газа. Так при нормальном атмосферном давлении и Т > 2 000 К происходит диссоциация молекул кислорода 
, а при Т > 4 000 К – диссоциация 
. Дальнейшее повышение температуры до T 
К приводит к ионизации газа. Использование при таких условиях модели совершенного газа может привести к ошибке в расчетах Т 0 в несколько раз в сторону ее завышения.
Дата публикования: 2015-04-07; Прочитано: 348 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
