- •1. Введение. Предмет и прикладное значение дисциплины. Основные понятия, терминология, модели жидкости.
- •3. Ротор вектора скорости и его физический смысл в вихревом сечении, теорема Стокса. Правила действий с оператором Гамильтона.
- •4. Термодинамические характеристики рабочего тела, параметры состояния в идеальных и реальных газах, молекулярно-кинетическое обоснование. Первый и второй законы термодинамики. Изменение энтропии.
- •5. Плотность и сплошность среды, основные определения, виды жидкостей, виды течений. Понятие о полных параметрах состояния.
- •7. Кризис течения в капельных жидкостях, запирание каналов по расходу. Меры борьбы с кавитацией.
- •8. Кризис течения в сжимаемых жидкостях. Запирание по расходу.
- •10. Напряжения, действующие в жидкостях. Силы, вызванные вязкостью.
- •11. Работа, тепло и ускорение, вызванные силами вязкости. Примеры проявления составляющих вязкости, вихревой эффект.
- •13. Методы исследования течений сплошных сред (подходы Эйлера и Лагранжа, физическое и численное моделирование).
- •16. Измерение статического давления в потоках. Управление чувствительностью к углу скоса потока.
- •19. Измерение скорости и направления потока.
- •22. Основные гидродинамические понятия, свойства элементарной струйки тока, виды расхода, плотность тока. Причины различия расхода через поперечное и живое сечения канала.
- •25. Консервативность законов сохранения. Уравнение неразрывности в общем виде (консервативное и неконсервативное). Частные случаи уравнения неразрывности.
- •28. Анализ формулы расхода. Запирание каналов по расходу. Воздействия, способные вызвать запирание каналов по расходу.
- •29. Силы, действующие в жидкости. Уравнения движения в форме Эйлера и Навье-Стокса.
- •31. Частные случаи уравнения Эйлера: уравнение Эйлера в гидростатике – абсолютное и относительное равновесие, уравнение равновесия и уравнение поверхности уровня, международная стандартная атмосфера.
- •37. Уравнение количеств движения (первое уравнение Эйлера) в общем виде. Тензор импульса и его компоненты. Неконсервативная форма для расчета силового взаимодействия потока и обтекаемых тел.
- •40. Нестационарное и стационарное одномерное уравнение количеств движения. Уравнение количества движения для элементарной струйки.
- •42. Понятие о принципе работы турбомашин. Энергетическая форма уравнения моментов количества движения, коэффициенты нагрузки (закрутки, напора), нагруженность ступени.
- •44. Уравнение энергии для идеального и реального энергоизолированного течения, политропический интеграл, t-s-диаграммы процессов ускорения/торможения.
- •46. Изоэнтропный и адиабатный потоки. Работа и кпд турбомашин, t-s диаграммы.
- •48. Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений – конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение.
- •52. Уравнение Гюгонио и анализ геометрического воздействия. Связь сжимаемости со скоростью потока, вывод и анализ. Другие уравнения и формулы, подтверждающие или повторяющие анализ уравнения Гюгонио.
- •56. Кинематика движения жидкой частицы. Виды движения. Вихревое и потенциальное движение, условия незавихренности, потенциал скорости. Основные понятия. Уравнения, описывающие вихревое течение.
- •58. Распространение слабых возмущений в упругой среде. Виды и свойства характеристик. Простые двумерные волны и их источники. Механизм пересечения стационарных характеристик.
- •62. Законы сохранения в теории скачков уплотнения и ударных волн. Природа потерь в нормальных разрывах поля скоростей.
- •64. Динамическое соотношение на поверхностях нормального разрыва. Ударная адиабата Гюгонио. Системы скачков уплотнения, их реализация в сверхзвуковых входных устройствах.
- •68. Отражение волн сжатия и скачков уплотнения от твердой стенки. Правильное и Маховское отражение от плоской твердой стенки.
- •70. Режимы истечения из сопла Лаваля. Диаграмма режимов истечения. Использование обращенного сопла Лаваля на режиме глубокого перерасширения для сверхзвуковых входных устройств.
Механика жидкости и газа. Ответы на экзаменационные вопросы.
1. Введение. Предмет и прикладное значение дисциплины. Основные понятия, терминология, модели жидкости.
Механика жидкости и газа – наука, изучающая законы движения сжимаемых и несжимаемых легкоподвижных сред, взаимодействие и силы взаимодействия движущихся сред с твердыми и упругими телами, исключая вопросы движения разряженных сред; часть механики сплошных сред; изучает термодинамические процессы, протекающие в движущихся газах.
Капельная жидкость – такие жидкости, которые будучи предоставленными сами себе (состояние невесомости, равнодействующая всех действующих сил равна нулю), под действием сил поверхностного натяжения принимают шарообразную форму. В этих жидкостях действуют сильные межмолекулярные силы и силы поверхностного натяжения, которые препятствуют полному заполнению жидкостью любого выделенного объема (исключая случаев притока жидкости или явления кавитации).
Сжимаемые жидкости – газы, в них действуют небольшие межмолекулярные силы и отсутствуют силы поверхностного натяжения. Вследствие этого газы не собираются в капли и полностью заполняют весь предоставленный им объем. В некоторых случаях сжимаемостью газов пренебрегают, рассматривая их как капельную жидкость.
Обе модели жидкости обладают легкоподвижностью - способностью сколь угодно сильно деформироваться под действием сколь угодно малых срезающих напряжений.
3. Ротор вектора скорости и его физический смысл в вихревом сечении, теорема Стокса. Правила действий с оператором Гамильтона.
Ротор представляет собой угловую скорость вращения твердого тела с точностью до числового множителя. Направление ротора – направление, вокруг которого циркуляция имеет наибольшее значение, по сравнению с циркуляцией вокруг любого направления, не совпадающего с нормалью к площадке S. Связь между ротором и циркуляцией аналогична связи между производной по направлению и градиентом.
Циркуляция – это работа силы поля при перемещении материальной точки вдоль кривой . Вдоль замкнутых векторных линий циркуляция не равна нулю, так как в каждой точке векторной линии скалярное произведение сохраняет знак, положительный при совпадении вектора с направлением обхода векторной линии и отрицательной в обратном случае.
Свойства ротора:
1) , если постоянный вектор;
2) , ;
3)
4)
Формулу Стокса можно записать в векторной форме:
Эта формула показывает, что циркуляция вектора вдоль замкнутого контура равна потоку ротора этого вектора через поверхность , лежащую в поле вектора и ограниченного контуром . Используя формулу Стокса, можно дать другое определение ротора вектора – это вектор, проекция которого на каждое направление равна пределу отношения циркуляции вектора по контуру плоской площадки , перпендикулярной этому направлению, к площади этой площадки. Это векторная величина, образующая собственное векторное поле.
Оператор Гамильтона служит для удобства записи основных операций над скалярным ( ) или векторным ( ) полем – , , (векторные дифференциальные операции первого порядка). Он приобретает определенный смысл лишь в комбинации со скалярными или векторными функциями.
Символическое умножение вектора на скаляр или вектор производится по обычным правилам векторной алгебры, а умножение символов на величины как взятие соответствующей частной производной от этих величин.