Газовая динамика сплошных сред : учебно-методическое пособие (190,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

УДК 533.6(075) ББК 22.253.3я7 Г13 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: д-р техн. наук, проф. К. Х. Гильфанов д-р техн. наук, проф. Ю. Ф. Гортышов Г13 Авторы: Д. И. Сагдеев, Т. В. Максимов, И. М. Абдулагатов, В. А. Аляев Газовая динамика сплошных сред : учебно-методическое пособие / Д. И. Сагдеев, Т. В. Максимов, И. М. Абдулагатов, В. А. Аляев; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – 2-е изд., перераб. и доп. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 192 с. ISBN 978-5-7882-3365-9 Изложены основные теоретические положения и методы исследований по прикладной газовой динамике сплошных сред. Рассмотрены вопросы теории параметров потока газа, обтекания сверхзвуковым потоком внешнего тупого угла, скачков уплотнения, расчета газоструйного эжектора, а также общие вопросы движения вязкого газа и жидкости, основные понятия пограничного слоя, которые сопровождаются примерами решения индивидуальных заданий, конкурсных задач и контрольными вопросами. Предназначено для обучающихся направления подготовки 15.03.02 «Технологические машины и оборудование». Подготовлено на кафедре вакуумной техники электрофизических установок. УДК 533.6(075) ББК 22.253.3я7 ISBN 978-5-7882-3365-9 © Сагдеев Д. И., Максимов Т. В., Абдулагатов И. М., Аляев В. А., 2023 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2023 2

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ Перечень условных обозначений ......................................................................................................................5 Введение ..............................................................................................................................................................7 1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ................................................10 1.1. Понятие о рабочем теле. Задачи, модели газа и жидкости. Параметры потока газа ........................10 1.2. Методы расчета потоков в прикладной газовой динамике .................................................................12 1.2.1. Уравнения движения Навье–Стокса .................................................................................................14 1.2.2. Уравнение неразрывности (сплошности) ........................................................................................14 1.2.3. Уравнение состояния Менделеева–Клайперона .............................................................................14 1.2.4. Уравнения зависимости вязкости от температуры и давления .....................................................15 1.2.5. Уравнение энергии .............................................................................................................................15 1.2.6. Уравнение термоупругости ...............................................................................................................15 1.3. Одномерное течение невязкого (идеального) газа ...............................................................................16 1.3.1. Уравнение неразрывности (сплошности) ........................................................................................16 1.3.2. Уравнения движения Эйлера ............................................................................................................17 1.3.3. Уравнение состояния газа .................................................................................................................17 1.3.4. Уравнение энергии .............................................................................................................................17 1.4. Закон сохранения массы (уравнение неразрывности, сплошности) ..................................................18 1.5. Закон сохранения энергии (уравнение энергии) ..................................................................................22 1.6. Параметры торможения .........................................................................................................................27 1.7. Характерные скорости течения газа ......................................................................................................34 1.7.1. Скорость звука (скорость распространения звука) .........................................................................34 1.7.2. Максимальная скорость течения газа ...............................................................................................36 1.7.3. Критическая скорость ........................................................................................................................38 1.7.4. Безразмерные и приведенные скорости ...........................................................................................40 1.8. Газодинамические функции параметров торможения τ(λ), π(λ), ε(λ) ................................................43 1.9. Связь между скоростью и площадью поперечного сечения в энергоизолированном изоэнтропном потоке .....................................................................................................................................45 1.10. Газодинамические функции потока массы .........................................................................................47 1.11. Примеры решения контрольных задач индивидуального задания № 1 ..........................................50 1.12. Конкурсные задачи ...............................................................................................................................54 2. ОБТЕКАНИЕ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ТВЕРДЫХ ТЕЛ ...................57 2.1. Распространение слабых возмущений в потоке газа ...........................................................................57 2.2. Обтекание сверхзвуковым потоком внешнего тупого угла ................................................................60 2.3. Обтекание сверхзвуковым потоком внутреннего тупого угла ...........................................................65 2.4. Примеры решения контрольных задач индивидуального задания № 2 ............................................68 2.5. Конкурсные задачи .................................................................................................................................69 3

Стр.3

3. СКАЧКИ УПЛОТНЕНИЯ ...........................................................................................................................71 3.1. Прямые и косые скачки уплотнения .....................................................................................................71 3.2. Теория косого скачка уплотнения .........................................................................................................76 3.3. Кинетическое и динамическое соотношения .......................................................................................77 3.4. Примеры решения контрольных задач индивидуального задания № 3 ............................................83 3.5. Конкурсные задачи .................................................................................................................................90 4. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУЙНЫХ АППАРАТОВ .......................91 4.1. Принципиальная схема струйного аппарата ........................................................................................91 4.2. Классификация струйных аппаратов ....................................................................................................93 4.3. Определение конструктивных и режимных параметров газоструйного эжектора ..........................98 4.4. Пример решения контрольный задачи индивидуального задания № 4 ...........................................107 5. ДВИЖЕНИЕ ВЯЗКОГО ГАЗА И ЖИДКОСТИ. ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ .........................................112 5.1. Общие свойства вязких течений. Уравнения Навье–Стокса. Частные случаи течения .................112 5.2. Течение вязкой жидкости в узких щелях ...........................................................................................115 5.3. Подобие гидромеханических процессов ............................................................................................121 5.4. Основные понятия теории пограничного слоя..................................................................................126 5.4.1. Метод Стокса–Одинца .....................................................................................................................126 5.4.2. Метод Прандтля ...............................................................................................................................126 5.5. Дифференциальное уравнение пограничного слоя (уравнение Прандтля) .....................................130 5.6. Основные понятия о турбулентном пограничном слое ....................................................................132 5.7. Схема турбулентного пограничного слоя ..........................................................................................135 5.8. Пограничный слой с продольным градиентом давления. Отрыв. Взаимодействие со скачками уплотнения ..............................................................................................................................136 5.9. Понятие о турбулентных струях .........................................................................................................142 5.10. Управление турбулентным пограничным слоем .............................................................................144 5.11. Контрольные вопросы по самоподготовке .......................................................................................146 5.12. Порядок выполнения индивидуальных заданий ..............................................................................151 5.13. Ответы на контрольные вопросы по теме 5 .....................................................................................152 Список литературы .........................................................................................................................................153 Приложения ....................................................................................................................................................154 Приложение 1 ...............................................................................................................................................154 Приложение 2 ...............................................................................................................................................157 Приложение 3 ...............................................................................................................................................170 Приложение 4 ...............................................................................................................................................171 Приложение 5 ...............................................................................................................................................179 Приложение 6 ...............................................................................................................................................184 Приложение 7 ...............................................................................................................................................185 Приложение 8 ...............................................................................................................................................186 Приложение 9 ...............................................................................................................................................187 Приложение 10 .............................................................................................................................................188 Приложение 11 .............................................................................................................................................189 4

Стр.4