|
Введение. Предмет и задачи дисциплины.
Основы математического аппарата теории поля. Некоторые физические свойства сред и соответствующие умозрительные физические модели. Математические модели в гидрогазодинамике. Основы кинематики жидкости и газа. Основы гидрогазостатики. Одномерные формы уравнений баланса. Течение вязких сред в трубопроводах. Одномерные до и сверхзвуковые потоки газа. Скачки уплотнения. Неодномерные стационарные течения вязких несжимаемых сред. Относительное движение жидкости и твердого тела. Особенности двухкомпонентных и двухфазных течений.
Предлагаемое учебное пособие составлено на основе лекционного курса «ГИДРОГАЗОДИНАМИКА», прочитанного в течение ряда лет автором студентам специальности 140104 — Промышленная теплоэнергетика на Теплоэнергетическом факультете УГТУ-УПИ, а также по материалам различных литературных источников, список которых приводится.
Обсуждаются основные модели сред, используемые в анализе течений жидкостей и газов, области их адекватности, примеры реализации некоторых моделей в конкретных инженерных приложениях.
Изучение закономерностей течения жидкостей и газов и их силового взаимодействия с омываемыми твердыми поверхностями составляет предмет дисциплины гидрогазодинамики, которая наряду с курсами термодинамики и тепломассообмена образует фундамент общеинженерного образования специалиста-теплоэнергетика.
Анализ течений жидкостей и газов производится путем их моделирования. В общем случае, моделью называется имитация изучаемого объекта по некоторой совокупности его свойств.
В гидрогазодинамике наиболее распространены умозрительные физические модели сплошности, несжимаемой и идеальной сред, основанные на свойствах реальных жидкостей и газов. Модель сплошности игнорирует реальную дискретную структуру жидкостей и газов и рассматривает условную среду, обладающую непрерывным распределением всех характеристических параметров по занимаемому ею пространству. Гипотеза сплошности, таким образом, объединяет жидкости и газы в единую категорию текучих, легко деформируемых сред и открывает пути для применения математического аппарата теории поля к анализу их состояний.
Частичное абстрагирование от действительных проявлений физических особенностей текучих сред - их сжимаемости и вязкости лежит в основе построения умозрительных физических моделей несжимаемой и идеальной жидкостей.
Формализация описания течений сред осуществляется в рамках математической модели - совокупности уравнений и условий сопряжения, отражающих свойства изучаемого объекта в рамках принятой умозрительной физической модели и особенности его взаимодействия с окружающей средой.
Основными чертами математических моделей, определяющими уровень соответствия модели изучаемому объекту и возможность ее реализации, т.е. получения необходимой информации о его свойствах, являются адекватность и простота. Удовлетворительная адекватность определяется, прежде всего, выбором соответствующей умозрительной физической модели; достаточная простота — использованием хорошо обусловленных приемов и методов информационного упрощения объекта — уменьшения числа «степеней свободы»: учетом симметрии пространства, снижением его мерности, общего количества параметров объекта исследования (как правило, степень понимания явления обратно пропорциональна числу переменных, фигурирующих в его описании). Последнее особенно важно в приложениях, где математическое моделирование служит основой разработки инженерных методов расчета технологических агрегатов и систем, использующих жидкости и газы в качестве рабочих тел.
| 
