Механика жидкости и газа - Лойцянский Л.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Трудно сейчас указать отрасль техники, развитие которой не находилось бы в теснейшей связи с разрешением задач движения жидкости или газа. Не говоря уже об авиации и кораблестроении, основные проблемы которых—полет, устойчивость и управляемость самолета, ходкость, остойчивость и управляемость судна — неразрывно связаны с аэро-газодинамикой и гидродинамикой, а также смежных с авиацией отраслей техники, отметим особо важное значение гидроаэродинамики и газодинамики в турбостроении и, вообще, энергомашиностроении. Рабочее колесо гидротурбины, паровой и газовой турбин, компрессора или насоса представляет собою сложную конструкцию, состоящую из ряда профилированных лопаток, иногда имеющих тот же профиль, что и крыло самолета (компрессор, насос), иногда значительно отличающуюся от него по своей форме. При вращении рабочего колеса его лопатки обтекаются с большими относительными скоростями водой, газом или паром. От правильного гидроаэродинамического расчета формы профилей и общей конструкции рабочих колес зависит получение достаточной мощности машины, высокого ее КРАТКИЙ ОЧІ-PK ИСТОРИЧЬСКОГО РМВИШЯ
17
коэффициента полезного действия. Надо уметь также рассчитывать с гидроаэродинамической стороны и лопастные аппараты, направляющие водяной, воздушный или газовый поток на рабочие колеса, анализировать и улучшать другие элементы проточной части турбомашины, от гидроаэродинамического совершенства которых зависимее высокое качество.
Гидротехника и гидрология все более и более сближаются с такими проблемами гидродинамики, как волновые и турбулентные движения жидкости, а также фильтрационные движения воды в грунтах. Последняя проблема представляет фундаментальное значение для строительства гидротехнических сооружений и техники добычи нефти. С вопросами этого рода граничат задачи подземной газификации и получения естественных газов из-под земли. Передача газа на большие расстояния по трубам выдвигает тайке ряд интересных задач перед газовой динамикой.
Весьма актуальные вопросы ставит перед гидроаэродинамикой химическая индустрия, которую интересует интенсификация процессов турбулентного перемешивания газов, движущихся по трубам и в специальных камерах, где производятся химические реакции. Металлургия выдвигает проблемы создания наиболее рациональных печей и других мегаллургических агрегатов; движение горячих газов в этих агрегатах заслуживает серьезного внимания аэродинамиков. Движение расплавленного металла, температура которого, а следовательно, и вязкость быстро меняются при растекании по формам, также нуждаются в гидродинамическом расчете, так как однородность и чистота металла во многом зависят от его движения при остывании. Аналогичная проблема стоит перед производством оптического стекла и многими другими.
Современная метеорология видит свой прочный научный фундамент в динамике атмосферы, изучающей турбулентное движение воздуха на поверхности Земли при наличии различных физических факторов (солнечная радиация, испарение и др.). К этим проблемам оказываются близки требования современной вентиляционной техники, озабоченной созданием наиболее гигиенических условий в промышленных предприятиях и жилищах.
§ 3. Краткий очерк исторического развития механики жидкости и газа. От гидромеханики древних до установления воззрений иьютонианской эпохи
История развития механики жидкости и газа полностью подтверждает известное материалистическое положение о глубокой взаимной связи между Наукой и запросами практики, между научной теорией и бытием.общества, условиями его материальной жизни.
Если античная механика твердого тела зародилась главным образом в связи с грандиозными строительными работами древних и необходимыми для этих работ m им 11ҐІ111 iflli вдшишгГіііііИ m то созданию первых
2 3т. 1841. Л Г. Лойшшский. 18
ВВЕДЕНИЕ
идей механики жидкости и газа способствовали, естественно, вопросы, возникающие при наблюдении и использовании движения твердых тел в воде и воздухе, т. е. в первую очередь вопросы судостроения, мореплавания и полета метательных снарядов.
Основной гидроаэродинамической проблемой того времени явилось выяснение сущности взаимодействия между твердым телом и окружающей его средой — воздухом ТИЛИ водой—-например, при полете или плавании тела.
Замечательно, что первые высказывания древних философов на этот счет относятся к движению тел, а не к равновесию их. Сравнительная медленность движений, наблюдавшихся в то время, при полном отсутствии правильных представлений об инертности тел и движении по инерции (материя косна, всякое движение поддерживается силой и прекращается после ее исчезновения), не позволили древним обнаружить основное гидроаэродинамическое явление — сопротивление воды и воздуха движущимся в них телам. Наоборот, практика использования ветра для приведения в движение парусных кораблей, точно так же как и применение весел для той же цели в безветрие, наталкивали наблюдателя на мысль о движущей роли воздуха и воды. Не удивительно поэтому, что в известном трактате „Физика" великого античного философа Аристотеля (384—322 гг. до н. н. э.), где можно найти первые в истории науки следы аэродинамических идей, высказывается утверждение о пропульсивном, как мы сейчас говорим, т. е. двигательном действии воздуха на метательный снаряд. По воззрениям того времени снаряд не мог двигаться сам, без непрерывного приложения к нему силы. Аристотель находит источник этой силы в действии на снаряд воздуха, смыкающегося за снарядом и толкающего его вперед. Вместе с тем Аристотель ничего не говорит о направленном против движения действии воздуха на лобовую часть — сопротивлении снаряда. Пройдет много веков и Ньютон создаст теорию сопротивления, основанную на ударном действии частиц воздуха на лобовую часть обтекаемого тела, но при этом не будет учитывать указанную Аристотелем силу, действующую на кормовую часть тела, и только в середине XVIII в. Даламбер соединит эти две силы и придет к поразившему в свое время умы парадоксу об отсутствии сопротивления в идеальной жидкости. В свете этого исторического факта можно правильно оценить глубину идей Аристотеля, как бы они ни казались нам в настоящее время односторонними и далекими от действительности.
