Читать онлайн «Теория ударных волн и введение в газодинамику»

АКАДЕМИЯ НАУК СОЮЗА ССР ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Я. Б. ЗЕЛЬДОВИЧ ТЕОРИЯ УДАРНЫХ ВОЛН И ВВЕДЕНИЕ В ГАЗОДИНАМИКУ ТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР МОСКВА 1946 ЛЕНИНГРАД ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР АКАДЕМИК Н. Н. СЕМЕНОВ Введение Газодинамика есть составная часть гидродинамики — общей науки о движении текучих тел, жидкостей и газов. Отличительной особенностью газодинамики является необходимость учета сжимаемости вещества. В то время, как в обычных условиях жидкости можно считать несжимаемьми, газы уже при небольшом изменении давления значительно меняют свой объем. Очевидно, что для газов необходимо применять специфические формулы и законы газодинамики лишь постольку, поскольку мы имеем дело с большими перепадами давления. При небольших скоростях движение газа обычно можно рассматривать так же, как рассматривается движение жидкости, пренебрегая изменением объезда, пренебрегав сжимаемостью. В зависимости от условий, порядок величины разностей давления, возникающих в потоке, меняется в пределах от вели- чины ^2 величины динамического напора, согласно формуле Бернулли, до величины quc, где с есть скорость звука, и — скорость движения и Q — плотность газа. Между тем давление газа приблизительно равно дс2. Из сопоставления этих выражений видно, что во всяком случае при скоростях, меньших скорости звука, разности давления малы по сравнению с самим давлением, и соответственно этому, как правило, можно пренебрегать и сжимаемостью вещества. Этим определяется предмет газодинамики. Газодинамика есть наука о движениях при больших перепадах давлений и при больших скоростях, причем масштабом скорости является скорость звука. В теории подобия принято следующее обозначение отношения скорости движения к скорости звука: где Ва так называемый критерий Барсто}?. 1* Газодинамика изучает движения при значениях Ва, сравнимых с единицей. При Ba^l в пределе общие уравнения газодинамики переходят в уравнения гидродинамики несжимаемой жидкости. В дальнейшем основные законы гидродинамики несжимаемой жидкости мы будем считать известными, не останавливаясь на выводе соответствующих формул. Учет сжимаемости означает необходимость учета изменения состояния вещества. Если в гидродинамике при действии дис- сипативных сил (вязкости) и происходит выделение тепла в жидкости и изменение температуры жидкости, то оно не ведет к изменению объема; изменения внутри жидкости не оказывают обратного влияния на самый характер потока и малосущественны для рассматриваемых в гидродинамике явлений. В газодинамике нам придется все время иметь дело с изменением состояния вещества в самом потоке. Эта особенность газовой динамики приводит к необходимости термодинамической трактовки всех явлений, приводит к тому, что для газовой динамики термодинамика совершенно необходима. В предлагаемой книге мы будем рассматривать только специфические явления газовой динамики, т. е. такие явления, которые не имеют аналогии в механике несжимаемой жидкости. Мы не будем останавливаться на тех областях, где газовая динамика и учет сжимаемости дают лишь небольшие поправки к обычным формулам гидродинамики несжимаемой жидкости.