Введение в гидрогазодинамику и теорию ударных волн для физиков. Учебное пособие

Предисловие
Глава 1
Вводные замечания
Часть I
Течения сжимаемого невязкого газа и
ударные волны
Глава 2
Основные уравнения газовой динамики
2.1. Уравнение непрерывности
2.2. Уравнение сохранения импульса
2.3. Субстанциональная производная и
уравнение Эйлера
2.4. Уравнение энергии
2.5. Уравнение адиабатичности
2.6. Начальные и граничные условия
2.7. Идеальный газ с постоянной
теплоемкостью
2.8. Линии тока и уравнения Бернулли для
стационарного течения жидкости
Глава 3
Звук
3.1. Волновое уравнение
3.2. Линейные бегущие волны
3.3. Акустика
3.4. Энергия звука
3.5. Сферические волны
Глава 4
Нестационарные одномерные плоские
адиабатические течения газа
4.1. Характеристики
4.2. Изэнтропическое течение. Инварианты Римана
4.3. Нелинейная волна, бегущая в одну сторону
4.4. Пример простой волны. "Перехлест"
4.5. Центрированная волна разрежения
4.6. Нестационарное истечение газа в вакуум
4.6.1. Сопоставление со стационарным истечением
4.7. Центрированная волна разрежения как пример
автомодельных течений
4.8. Невозможность существования
центрированной волны сжатия
Глава 5
Ударная волна
5.1. Распространение скачка сжатия в трубе с
поршнем
5.2. Общие соотношения между газодинамическими
величинами по обе стороны разрыва
5.3. Косые скачки уплотнения
5.4. Ударная адиабата
5.5. Ударная адиабата и скорости для ударной
волны в идеальном газе с постоянной
теплоемкостью
5.6. Закономерности ударной волны
5.6.1. Энтропия и толщина скачка уплотнения
5.6.2. Геометрическая интерпретация соотношений
на ударной волне
5.6.3. Условия существования скачка уплотнения
5.7. О невозможности существования скачка
разрежения в веществе с нормальными свойствами
5.7.1. Аномальные случаи
5.8. Термодинамические свойства воздуха при
высоких температурах и реальные параметры
сильной ударной волны
5.9. Распад произвольного разрыва
5.9.1. Примеры жизненных ситуаций с
произвольными разрывами
5.9.2. В одну сторону может бежать только одна
волна
5.9.3. Варианты распада
Глава 6
Детонационная волна
6.1. Два механизма распространения пламени
6.2. Детонационная адиабата
6.3. Качественная структура детонационной
волны
6.4. Скорость детонации
6.5. Почему реализуется режим с минимальной
скоростью детонации
6.5.1. Сверхзвуковые режимы со скоростью,
превышающей минимальную
6.6. Пределы детонации
6.7. Световая детонация
6.7.1. Результаты и трактовка эксперимента
6.7.2. Светодетонационная адиабата и параметры
плазмы за волной
6.7.3. Сверхсветодетонационный режим
6.8. Волна медленного горения как
распространение газодинамического разрыва
Глава 7
Ударная труба и релаксационный слой
в ударной волне
7.1. Газодинамический процесс в ударной
трубе. Падающая ударная волна
7.1.1. Расчеты и оценки параметров ударной волны
7.1.2. Влияние неидеальности процесса
7.2. Отражение ударной волны от торца ударной
трубы
7.3. Набегание на стенку потока холодного газа
7.3.1. Гидравлический удар
7.4. Релаксационный слой во фронте ударной
волны
7.4.1. Качественная картина
7.4.2. Газодинамические уравнения в слое и его
структура
7.5. Пример расчета структуры релаксационного
слоя в ударной волне
7.6. Измерение времени колебательной релаксации
Глава 8
Сильный взрыв
8.1. Постановка автомодельной задачи и закон
распространения ударной волны
8.2. Решение автомодельной задачи
8.3. Результаты решения и их физическая
интерпретация
8.4. От атомного взрыва до лазерной искры
8.5. Приближенное рассмотрение сильного взрыва
8.6. Заключительная стадия сильного взрыва:
действие противодавления
8.7. Почему автомодельное решение неприменимо к
взрыву обычного взрывчатого вещества
Глава 9
Разлет газового шара в пустоту
9.1. Асимптотическое движение газа
9.2. Эффект закалки
9.3. Взрыв на большой высоте
Глава 10
Истечение газа через насадки и сопла
10.1. Квазиодномерное стационарное течение газа
по трубе переменного сечения
10.2. Истечение через насадку
10.3. Сопло Лаваля
10.4. Реактивная сила
Глава 11
Движение тел в атмосфере с дозвуковой
и сверхзвуковой скоростями
11.1. Распространение мапых возмущений в потоке
11.2. Метод Тендера фотографирования газовых
течений
11.2.1. Распространение света в неоднородном
газе
11.2.2. Схемы прибора Теплера и современного
устройства
11.3. Обтекание затупленного тела гиперзвуковым
потоком газа
11.3.1. Лабораторный эксперимент
11.3.2. Численное моделирование и теоретические
оценки
11.3.3. Сила и коэффициент сопротивления при
гиперзвуковом полете тела
11.3.4. О неравновесности воздуха за ударной
волной при гиперзвуковом
движении тел в сильно разреженной атмосфере
Оглавление
Часть II Динамика несжимаемой вязкой
жидкости
Глава 12
Понятия о вязкости и некоторые простые
течения вязкой жидкости
12.1. Молекулярно-кинетический механизм
газового давления
12.2. Молекулярный механизм внутреннего
трения газа в случае чисто сдвигового течения
12.3. Гидродинамика чисто сдвигового течения и
силы, действующие на пластины
12.4. Тензор вязких напряжений
12.5. Уравнение движения вязкой жидкости
12.6. Молекулярный механизм теплопроводности
газа
12.7. Диссипация энергии в газе и жидкости
12.7.1. Диссипация в газе
12.7.2. Диссипация энергии в несжимаемой
жидкости
12.8. Структура скачка уплотнения в ударной
волне
12.9. Течение несжимаемой вязкой жидкости по
каналу и трубе
12.10. Число Рейнольдса и закон подобия
12.11. Обтекание сферы вязкой жидкостью при
малых числах Рейнольдса
12.11.1. Физическая оценка силы сопротивления
12.11.2. Точное решение уравнений (12.79)
12.11.3. Сила сопротивления
12.11.4. Линии тока
12.11.5. Пределы справедливости и точность
формулы Стокса
Глава 13
Потенциальное и вихревое течения
13.1. Завихренность жидкости и циркуляция
скорости
13.2. Примеры вихревого движения жидкости
13.2.1. Вращение сосуда с жидкостью
13.2.2. Сдвиговое течение
13.2.3. Медленное обтекание шара
13.3. Сохранение циркуляции скорости в
идеальной жидкости
13.4. Справедливость уравнений Бернулли для
потенциального и вихревого течений идеальной
жидкости
13.5. Потенциальное течение при движении шара в
несжимаемой жидкости
13.5.1. Шар движется, жидкость на бесконечности
неподвижна
13.5.2. На покоящийся шар набегает поток
жидкости
13.6. Парадокс Даламбера:отсутствие
сопротивления при потенциальном обтекание тела
13.7 Линии и функции тока при плоском
станционном течении несжимаемой жидкости
Глава 14
Пограничный слой и явление отрыва
14 1 Приближенные уравнения ламинарного
пограничного слоя
14 2 Пограничный слой у полубесконечной
пластины, обтекаемой параллельным ей потоком
14.3. Отрыв линий тока от обтекаемого тела
14.4. Неустойчивость тангенциальных разрывов
14.5. Коэффициенты лобового сопротивления в
большом диапазоне чисел Рейнольдса
14.6. Подъемная сила
14.6.1. Простейшая оценка подъемной силы
14.6.2. Теорема Жуковского
Глава 15
Турбулентность
15.1. Историческое введение и некоторые
существенные факты
15.2. Турбулентные напряжения
15.3. Турбулентная вязкость
15.4. Профиль скоростей при турбулентном
течении жидкости вдоль неподвижной стенки
15.4.1. Гладкая стенка
15.4.2. Шероховатая стенка
15.5. Сила сопротивления при турбулентном
течении жидкости по трубе
15.5.1. Гладкие трубы
15.5.2. Коэффициент сопротивления для гладкой
трубы
15.5.3. Шероховатые трубы
Баланс энергии и ее превращения при
турбулентном движении несжимаемой жидкости
Уравнение баланса истинной кинетической
энергии
5.6.2. Баланс энергии осредненного движения
5.6.3. Баланс энергии турбулентных пульсаций
энергии при турбулентном течении несжимаемой
15.7. Диссипация энергии при турбулентном
течении несжимаемой жидкости вдоль плоской
стенки жидкости вдоль плоской стенки
15.7.1. Численная оценка диссипации
15.8. Закон подобия и энергетический спектр
пульсаций при развитой турбулентности
15.8.1. Энергетический спектр
Глава 16
Конвективный теплообмен и медленное
горение
16.1. Уравнение переноса тепла
16.2. Теплообмен между нагретым телом и
неподвижной средой
16.3. Теплопередача в быстром ламинарном потоке
16.4. Турбулентные теплопроводность и
теплообмен
16.5. Распространение пламени в режиме
медленного горения
16.5.1. Структура волны медленного горения
16.5.2. Упрощенное уравнение режима
16.5.3. Нормальная скорость волны медленного
горения
16.5.4. Распределение температуры в зоне
прогрева и толщина волны
16.6. Распространение газовых разрядов в режиме
медленного горения
16.6.1. Тенденция разрядов к распространению и
аналогия с медленным горением
16.6.2. Примеры медленного распространения
разрядов
16.6.3. Нормальная скорость распространения
разряда
16.6.4. Течение в высокочастотном плазмотроне
16.6.5. Дозвуковое обтекание горячей газовой
сферы потоком холодного газа и скорость
движения оптического разряда
Литература