Лекции по физике (149951)

Посмотреть архив целиком

Тема 1

Введение в аэрогазодинамику

1. Предмет, задачи и методы аэрогидромеханики. Задачи аэрогидро­динамического расчёта.

2. Классификация видов и режимов движения жидкости.

3. Сравнение экспериментального, теоретического и вычислительного подходов.

4. Вычислительная аэродинамика и этапы её развития.

1. Предмет, задачи и методы аэрогидромеханики

Одним из основных разделов современной физики является учение об аэрогидромеханике. Аэрогидромеханика имеет дело с жидкими и газообразными средами. Жидкости ещё часто называют капельными или несжимаемыми жидкостями, а вторые - газами или сжимаемыми жидкостями.

Гидроаэромеханика исследует вопросы, связанные с покоем жидкости (гидростатика) и с её движением (гидродинамика).

Главное внимание уделяется решению двух основных связанных между собой задач: определения распределения скоростей и давлений внутри жидкости и определения силового взаимодействия между жидкостью и окружающими её твёрдыми телами.

Теория и эксперимент являются двумя основными подходами к решению задач гидроаэродинамики.

Теоретическая гидроаэродинамика базируется в основном на невязкой (или так называемой идеальной) жидкости, внутри которой отсутствует внутреннее трение.

Экспериментальная гидромеханика поставила своей целью установить закономерности течения вязкой (реальной) жидкости.

Возникновение двух ветвей гидромеханики объяснялось

отсутствием достаточных представлений о механизме течения

жидкости и трудностями решения уравнений движения вязкой

жидкости.

В связи с влиянием ... эффектов поток вязкой жидкости делят на две области: пограничный слой, где преобладают силы трения и используются уравнения движения вязкой жидкости, и внешний поток, к которому можно применять закономерности динамики невязкой жидкости.

На основе решения задач гидродинамики удаётся получить теоретические зависимости, раскрывающие закономерности сопротивлений, возникающий при обтекании тел (крыла и фюзеляжа самолёта, лопасти турбины, кораблей различных форм и т.д.) жидкостью.

Задачи аэродинамического расчёта

Процесс проектирования и конструирования ЛА начинается с проведения аэродинамического расчёта, в основу которого положены две взаимозависимые задачи :

1) выбор аэродинамической компоновки ЛА,

2) расчёт аэродинамических характеристик ЛА.

При выборе аэродинамической компоновки ЛА решаются задачи отбора формы, размеров и взаимного расположения элементов ЛА.

В задачу расчёта АДХ ЛА входит:

1) расчёт распределения давления на поверхности ЛА,

2) расчёт составляющих аэродинамических сил и моментов,

3) расчёт аэродинамических характеристик органов управления,

4) расчёт температуры и тепловых потоков на поверхности ЛА. Аэродинамический расчёт обеспечивает исходные данные для

проведения других работ в процессе проектирования ЛА.

1) расчёт тепловых режимов элементов конструкций,

2) расчёт траектории полёта,

3) расчёт динамических нагрузок,

4) расчёт управляемости и устойчивости.

2. Классификация видов движения жидкости

Проведём классификацию видов движения жидкости.

1. Классификация по признаку зависимости движения жидкости от времени.

1.1. Установившееся (стационарное).

1.2. Неустановившееся (стационарное).

2. Классификация по признаку учёта сил трения, вязкости и теплопроводности.

2.1. Идеальная невязкая жидкость.

2.2. Вязкая жидкость.

3. Классификация по виду движения жидкости (поступательное или вращательного движение).

3.1. Безвихревое (потенциальное) (движение, когда вращение отсутствует).

3.2. Вихревое движение.

4. Классификация по характеру изменения плотности в потоке.

4.1. Несжимаемая (жидкость),

4.2. Сжимаемая (газ),

5. Классификация по скорости и её отношению к скорости расши­ряющихся возмущений (скорости звука).

5.1. Дозвуковое ()

а - скорость звука

5.2. Трансзвуковое ()

5.3. Сверхзвуковое ()

6. Классификация по режиму течения.

6.1. Ламинарный режим, ()

6.2. Турбулентный режим ()

7. Вид течения.

7.1. Свободное.

7.2. Вынужденное.

3. Сравнение экспериментального, теоретического и вычислительного методов

Метод

Преимущества

Недостатки

Эксперимент

1. Получение наиболее близких к реальным результатов

1. Сложное оборудование

2. Проблемы моделирова­ния

3. Обработка полученной информации. Кор. измер. значений

4. Сложность измерений

5. Стоимость

Теоретический

1. Получение информа­ции в виде формул

1. Ограниченность про­стейшими конфигураци­ями

2. Обычно применим толь­ко к линейным задачам

Численный

1. Нет ограничений, связанных с нели­нейностью

2. Описание сложных физических процес­сов

3. Описание эволюции течения

1. Погрешность округле­ния

2. Проблемы задания ГУ

3. Стоимость ЭВМ

Основные этапы математичкеского моделирования

Рис.

Структурные элементы математического моделирования вместе со связями показаны на рисунке.

Математическая постановка задачи базируется на физической модели рассматриваемых течений, которая строится на основе имею­щихся данных об объекте исследования.

Характеризующие математическую модель исходные уравнения и граничные условия с помощью конечно-разностных методов преобразу­ются в дискретную модель.

В результате реализации дискретной модели на одном из ... программирования программу для ЭВМ. Решение тестовых задач и ана­лиз результатов позволяет убедиться в работоспособности разрабо­танных алгоритмов и программ.

Решение конкретных задач и анализ полученных результатов позволяет судить об эффективности и применимости разработанных алгоритмов.

Если обнаружится несоответствие расчётных и эксперименталь­ных данных - это значит, что физическая модель, математическая модель или дискретная модель не адекватны изучаемому объекту. В этом случае проводятся дополнительные исследования. Процесс ис­следования продолжается до момента устранения.

4. Три этапа развития вычислительной аэрогидродинамики

Этап

(урав.)

Результ.расчёт.

Год расчёта

ЭВМ

Время

рас-

чёта

профиль

реальн.ком.

I

Ур.потен.

1. Распр. давл.

2. Индук. сопр.

1930

1968

IBM 360

CDC 6600

5 м

II

Ур.Эйлера

1. Трансзвук

2. Гиперзвук

1971

1976

370

7600

5

III

Ур. Н.-С.

1. Отр. потока

2. Турб.

1975

1985

CRAV

5

Рис. Рис.

Рис. Методы расчета параметров течения


Тема 2

Физические свойства жидкостей и газов

1. Различные состояния вещества. Твёрдые тела, жидкости и газы. Силы, действующие на жидкости.

2. Основные свойства реальных жидкостей.

3. Поверхностное натяжение.

4. Уравнение состояния. Адиабата Тэйда.

1. Различные состояния вещества. Твёрдые тела, жидкости и газы

В природе различают четыре агрегатных состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное и плазменное. Жидкость занимает про­межуточное положение между твёрдыми телами и газами. Свойства жид­костей при низкой температуре и высоком давлении близки к свойст­вам твёрдых тел, а при высокой температуре и низком давлении - к свойствам газов.

Жидкость, как всякое тело, имеет молекулярное строение, т.е. состоит из молекул, объём пустот между атомами намного превосходит объём самих молекул. Причём в жидкостях и твёрдых телах объём пус­тот между молекулами меньше, а межмолекулярные силы больше, чем в газах. Виду бесконечной малости молекул и пустот между ними по сравнению с рассматриваемыми объёмами жидкости можно рассматривать жидкости и газы в виде ... сплошной среды, придавая ей свойства непрерывности.

Жидкость - это физическое тело, обладающее лёгкой подвижнос­тью частиц, текучестью и способное изменять свою форму под воздей­ствием внешних сил.

Жидкости разделяют на сжимаемые (газообразные) и несжимаемые или весьма малосжимаемые (капельные).

Для облегчения изучения законов движения жидкости вводят по­нятия идеальной и реальной жидкости.

Идеальные - невязкие жидкости, обладающие абсолютной подвиж­ностью, т.е. отсутствием сил трения и касательных напряжений и аб­солютной неизменностью а объёме под воздействием внешних сил.

Реальные - вязкие жидкости, обладающие сжимаемостью, сопро­тивлением растягивающим и сдвигающим усилиям и достаточной подвиж­ностью, т.е. наличием сил трения и касательных напряжений.

Реальные жидкости могут быть ньютоновскими и неньютоновскими (бингамовскими). В ньютоновских жидкостях при движении одного слоя жидкости относительно другого величина касательного напряжения пропорциональна скорости сдвига. При относительном покое эти на­пряжения равны нулю. Такая закономерность была установлена Ньюто­ном в 1686 году, поэтому эти жидкости (вода, масло, бензин, керо­син, глицерин и др.) называют ньютоновскими жидкостями.


Случайные файлы

Файл
71278-1.rtf
169324.rtf
142705.rtf
169757.rtf
62594.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.