Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Автомодельные движения
Автомодельные движения

Анимация

Описание

Автомодельные движения - течение жидкости (газа), которое остаётся механически подобным самому себе при изменении одного или нескольких параметров, определяющих это течение. В механически подобных явлениях наряду с пропорциональностью геометрических размеров соблюдается пропорциональность механических величин – скоростей, давлений, сил и т. д.
Автомодельное движение – частный случай течения жидкости (газа), когда общая задача гидроаэромеханики сводится к системе безразмерных обыкновенных дифференциальных уравнений и граничных условий, зависящих от одной надлежащим образом выбранной безразмерной независимой переменной. Благодаря этому задача расчёта течения упрощается, и удаётся получить её численное, а в ряде случаев и аналитическое решение.
Так, при обтекании бесконечного конуса сверхзвуковым равномерным потоком идеального газа (рис.1.) нельзя выделить характерный линейный размер, поэтому при растяжении или сжатии картины течения относительно вершины конуса в произвольное число раз картина не изменяется, т. е. остаётся подобной самой себе. Все безразмерные характеристики течения – относительной скорости, давления и т. д. зависят от одной независимой геометрической переменной – полярного угла.
Обтекание бесконечного конуса равномерным сверхзвуковым потоком идеального газа; OS – коническая ударная волна
Рис.1.
Автомодельное движение в ламинарном пограничном слое существуют лишь при некоторых специальных законах изменения скорости U вне пограничного слоя.
Автомодельное движение возникает и в основном участке турбулентной свободной струи, вытекающей из плоского или круглого сопла в неподвижную среду, т. к. в сходственных точках любых двух поперечных сечений безразмерные величины скорости (температуры, концентрации) одинаковы. Для нестационарных автомодельных течений состояние течения в некоторый момент времени t, характеризуемое распределением давлений, скоростей, температур в пространстве, механически подобно состоянию течения при любом другом значении t.
Нестационарное автомодельное движение— в случае сильного точечного взрыва в среде, давление в которой много меньше давления, возникающего при взрыве. При обтекании бесконечного конуса (рис.1) нельзя выделить характерный линейный размер. При растяжении или сжатии картины течения относительно вершины конуса О в произвольное число раз она не изменяется: все точки передвигаются вдоль лучей, выходящих из О, и вновь полученная картина течения ничем не отличается от исходной. Обтекание конуса является атомодельным движением относительно изменения линейных размеров: все безразмерные харарактеристики течения, например отношения давлений p2/p1 температур T2/T1, скоростей v2/v1, для двух произвольных точек 1 и 2 останутся неизменными при изменении линейных размеров путём растяжения или сжатия. Единственной геометрически переменной величиной, определяющей параметры течения в любой меридиональной плоскости при заданном угле конуса 2b угле атаки d и Маха числе М набегающего потока, является полярный угол q между некоторым лучом и направлением скорости потока.

 

 

Ключевые слова

 

Разделы наук

 

Применение эффекта

Предельные автомодельные движения существуют всегда, если система основных уравнений рассматриваемой задачи имеет автомодельные решения обычного степенного типа с произвольным показателем степени (который может принимать сколь угодно большие значения) и инвариантна относительно преобразования переноса соответствующей координаты. Как пример можно указать задачу пограничного слоя в несжимаемой жидкости, а также задачу одномерных неустановившихся движений газа.
Все атомодельные течения характеризуются тем, что их исследование можно свести к задаче с одной независимой переменной. Для нестационарных автомодельных течений жидкостей и газов, когда параметры течения изменяются со временем, состояние течения в некоторый момент времени t, характеризуемое распределением давлений, скоростей, температур в пространстве, механически подобно состоянию течения при любом другом значении t; примером является распространение плоских, цилиндрических и сферических ударных волн в неограниченном пространстве, когда единственной независимой переменной является отношение пространственых координаты (x или r) ко времени t.
К атомодельным течениям вязкого газа относятся некоторые течения в пограничном слое и в свободной турбулентной струе, когда профили безразмерной скорости, температуры, концентрации изменяются подобным образом при изменении безразмерной геометрической координаты.
В широком смысле под автомодельностью течения понимают независимость безразмерных параметров, характеризующих течение, от подобия критериев. Так, коэффициент лобового аэродинамического сопротивления Cx можно считать автомодельными по числу Маха М и Рейнольдса числу Re, если в некотором диапазоне изменения этих критериев Cx от них не зависит. Автомодельность коэффициента Cx по числам М и Re существует для большинства тел, обтекаемых газом при очень больших значениях М (>8) или Re (>107).

Реализации эффекта

Автомодельность - особая симметрия физической системы, состоящая в том,что изменение масштабов независимых переменных, описывающих системы, можетбыть скомпенсировано преобразованием подобия других динамических переменных. Автомодельность присуща многим физическимсистемам и существенно упрощает описание явлений в этих системах (напр., в аэромеханике и физике элементарных частиц).
В механически подобных явлениях наряду с пропорциональностью геометрических размеров соблюдается пропорциональность механических величин - скоростей, давлений, сил и т. д. Автомодельное течение - частный случай течения жидкости (газа), когда общая задача гидроаэромеханики сводится к системе безразмерных обыкновенных дифференциальных уравнений и граничных условий, зависящих от одной надлежащим образом выбранной безразмерной независимой переменной. Благодаря этому задача расчёта течения упрощается, и удаётся получить её численное, а в ряде случаев и аналитическое решение.
Автомодельность, отражающая внутреннюю симметрию, присуща многим явлениям и используется при решении различных физических задач, особенно в механике сплошных сред.
Метод ренормализационной группы в квантовой теории поля, по существу, также основан на использовании автомодельного преобразования переменных. Интересно, что в автомодельных переменных уравнение ренормгруппы оказывается тождественным одномерному уравнению переноса излучения. В физике элементарных частиц автомодельность выражается в том, что сечения некоторых процессов при высоких энергиях зависят лишь от безразмерных автомодельных комбинаций импульсов. Общие принципы квантовой теории поля допускают широкий класс таких автомодельных асимптотик.
 

Литература

1. Физическая энциклопедия, под ред. А.М. Прохорова, - М.: Большая советская энциклопедия, 1988.

2. Фраикль Ф. П., Избранные труды по газовой динамике, М, 1973.

3. Овсянников Л. В., Лекции по основам газовой динамики, М., 1981.

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина