Разреженных газов динамика

154

раздел газовой динамики, изучающий явления, требующие учёта молекулярной структуры газа и, следовательно, привлечения представлений и методов кинетической теории газов.Классическая газовая динамика справедлива когда Кнудсена число Kn < < 1, то есть параметры газа слабо меняются на длине свободного пробега молекул (сплошная среда). Благодаря столкновениям молекул в окрестности каждой точки поля течения устанавливается близкое к равновесному распределение молекул по скоростям, которое определяется несколькими макроскопическими величинами (скоростью течения u, плотностью (,), температурой T) и производными от них. Это позволяет локальные связи между тензором напряжений, вектором потока энергии и другими величинами, с одной стороны, и газодинамическими переменными u, (,), Т и их производными — с другой, и построить замкнутую систему газодинамических уравнений.

По мере роста числа Kn функция распределения определяется всё большей областью течения, так что невозможно установить локальные связи и получить замкнутую систему уравнений для конечного числа макроскопических величин. Такие течения требуют описания на молекулярном уровне с помощью функции распределения f(v, r, t), удовлетворяющей Больцмана уравнению. Особенности таких течений в наибольшей мере проявляются в предельном случае Kn (K) ), когда столкновениями молекул можно пренебречь, так что функция распределения не меняется вдоль потока молекул. Такие течения называются свободномолекулярными течениями. Характер течения определяется столкновениями молекул с ограничивающими течение поверхностями, законами взаимодействия молекул с твердым телом или жидкостью.

Свободномолекулярные течения существенно отличаются от течений сплошной среды. Особенно нагляден гипертермический режим, когда скорость набегающего на тело потока много больше тепловой скорости молекул массы m, так что можно считать, что все молекулы движутся с одинаковой скоростью V. Если n — число молекул в единице объёма набегающего потока и S — площадь миделя обтекаемого тела, то число молекул, падающих на тело, равно nVS, а приносимый ими импульсXi = V2S,где Q = mn. Полное же сопротивление аэродинамическоеX = Xi + Xr,где Xr — реактивный импульс отражённых от тела молекул. Если пренебречь импульсом отраженных молекул, то коэффициент лобового сопротивления (см. Аэродинамические коэффициенты)cxa = X/(½XV2S) = 2независимо от формы тела.

С учётом X, имеем cxa > 2. В континуальном режиме (сплошная среда) cxa хорошо обтекаемых тел составляет десятые или сотые доли единицы, а плохо обтекаемых близок к 1. В гипертермическом потоке подъёмная сила обусловлена лишь реактивным импульсом отраженных молекул. В условиях орбитального полёта скорость отраженных молекул много меньше скорости набегающего потока и коэффициент подъёмной силы cya мал. Соответственно аэродинамическое качествоK = cya/cxa мало независимо от формы обтекаемого тела, в то время как при Kn < < 1 для крыльев значение K может достигать единиц или десятков. При Kn < < 1 наибольшая температура тел и газа равна температуре торможения, в то время как в гипертермическом потоке температура теплоизолированного тела выше температуры торможения.

Таким образом, характер течения при Kn < < 1 и Kn > > 1 существенно различен. Между этими предельными случаями лежит переходный, в котором не пригодны как континуальное описание, так и упрощения свободномолекулярного режима. Здесь приходится решать полное уравнение Больцмана, которое много сложнее Навье — Стокса уравнений. Для его решения наибольшее распространение получил метод статистического моделирования (так называемый метод Монте-Карло). Для получения приближенных решений используются также модельные кинетические уравнения с упрощённым интегралом столкновения. Промежуточная область граничит с областью течения со скольжением, в которой справедливы уравнения Навье — Стокса со скольжения условиями и условиями температурного скачка.Сложность решения уравнения Больцмана и отсутствие во многих случаях надёжных данных о взаимодействии молекул между собой и поверхностями делают актуальным эксперимент.

Для исследования течений разреженного газа используются вакуумные аэродинамические трубы, а взаимодействие молекул с поверхностями изучается с помощью молекулярных пучков. При создании вакуумных труб возникают сложные проблемы моделирования течений, так как законы взаимодействия молекул между собой и поверхностями существенно зависят от температур газа и стенки, так что для полного моделирования недостаточно выдержать натурные значения Маха числа M и Рейнольдса числа Re, но необходимо выдержать и натурные значения температур газа и тела. Для этого приходится нагревать газ в форкамере и охлаждать модель. Как правило, удаётся достичь лишь частичного моделирования. Вакуумные трубы позволяют исследовать многие детали континуальных течений.

Разреженность газа (увеличение (е)) позволяет «растянуть» течение. Так, например, ударную волну или кнудсеновский слой, имеющие при нормальных условиях толщину порядка 10-7 м, можно растянуть до размеров, приемлемых для исследования их структуры. Для экспериментального изучения течений разреженного газа, наряду с очень чувствительными весами, датчиками давления и потоков теплоты, используются электронные, рентгеновские, лазерные (основанные на флуоресценции и рассеянии) методы диагностики.Важным объектом исследований являются струи, истекающие в вакуум или в область с низким давлением. Такие струи широко применяются для управления космическими и воздушно-космическими аппаратами, а также характерны при работе вакуумных аэродинамических труб.

В струях течение может проходить все режимы — от течений, характерных для сплошной среды, до свободномолекулярного течения, в них происходят релаксационные процессы, химические реакции, конденсация и образование кластеров (твёрдых частиц или капель жидкости). Поэтому струи являются удобным объектом для изучения этих процессов, определения констант реакций, времён релаксации и т. Д. Поскольку разные газы в струях ведут себя по-разному, то в них можно получить разделение газов и изотопов, а также выделение различных веществ в виде кластеров. Методы Р. Г. Д. Используются при исследовании течений в пористых телах и капиллярах, для исследования движения и испарения дисперсных сред..

Значения в других словарях
Размах крыла

расстояние между плоскостями, параллельными плоскости симметрии крыла, и касающимися его крайних точек. Р. К. Является важной геометрической характеристикой летательного аппарат, оказывающей влияние на его аэродинамические и лётно-технические характеристики, а также одним из основных габаритных размеров летательного аппарата. Для самолётов с изменяемой в полёте стреловидностью крыла Р. К. — переменная величина. Для удобства определения аэродинамических коэффициентов при любых стреловидностях кр..

Разметка

1) слесарная операция, заключающаяся в подготовке детали или одновременно нескольких деталей какого-либо изделия к обработке, изготовлению, сборке. При разметке пользуются инструментами и приспособлениями, которые необходимы для определения размеров, проверки взаимного расположения плоскостей детали, осей отверстий, параллельности линий и т. П. Для размещения заготовок служит разметочная плита – массивная стальная плита с хорошо обработанной поверхностью. Цилиндрические детали для разметки закр..

Разрушающая нагрузка

предельная нагрузка, при которой происходит разрушение конструкции. Практически — нагрузка на конструкцию в момент, непосредственно предшествующий её разрушению. Р. Н. Определяется испытаниями или расчётным путём. Расчёт Р. Н. Заключается в вычислении значения нагрузки, при котором напряжения, деформации или усилия в элементах конструкции достигают предельных значений. Значение Р. Н. Зависит от свойств материалов и типа соединений конструктивных элементов, характера и способа нагружения (динами..

Разрушение конструкции

заключительная стадия работы нагруженной конструкции, характеризующаяся исчерпанием её прочности и работоспособности вследствие необратимых изменений формы, нарушения целостности силовых элементов или механических связей между ними. Р. К. Происходит вследствие достижения в элементах предельных напряжений или деформаций, общей потери устойчивости конструкции, превышения критической длины усталостной трещины, достижения третьей стадии ползучести материала. Процесс Р. К. Зависит от характера нагру..

Дополнительный поиск Разреженных газов динамика Разреженных газов динамика

Добавить комментарий
Комментарии
Комментариев пока нет

На нашем сайте Вы найдете значение "Разреженных газов динамика" в словаре Энциклопедия техники, подробное описание, примеры использования, словосочетания с выражением Разреженных газов динамика, различные варианты толкований, скрытый смысл.

Первая буква "Р". Общая длина 26 символа