- •1.Научная дисциплина «Механика жидкости и газа». Ее место в системе естественнонаучных знаний.
- •2.Основные гипотезы мжг гипотеза сплошности и гипотеза о локальном термодинамическом равновесии.
- •3.Изучение движения сплошной среды в переменных Эйлера и в переменных Лагранжа.
- •4.Уравнения состояния. Идеальный и совершенный газ. Отношение теплоемкостей. Уравнения состояния капельных жидкостей.
- •5.Силы, действующие в сплошной среде. Нормальные и касательные напряжения. Тензор напряжений. Тензор вязких напряжений.
- •6.Силы, действующие в жидкости. Гипотеза Ньютона. Коэффициент вязкости. Обобщенная гипотеза Ньютона. «Ньютоновские» и реологические жидкости.
- •7.Модели жидкой среды. Несжимаемая и сжимаемая жидкость. Идеальная и вязкая жидкость.
- •12. Уравнения движения в напряжениях. Уравнения гидростатики.
- •13. Сила гидростатического давления. Равнодействующая гидростатических сил. Закон Архимеда.
- •15. Уравнения в форме Громеки-Лэмба. Преобразуем уравнения
- •16.Интегралы Коши-Лагранжа и Бернулли.
- •17.Тензор напряжений в идеальной жидкости. Потенциальное движение
- •18. Динамика идеальной жидкости. Теоремы Томсона и Гельмгольца.
- •19.Парадокс Даламбера.
- •20.Гипотеза Ньютона. Обобщенная гипотеза Ньютона. Закон Фика. Число Прандтля. Уравнения Навье-Стокса для сжимаемой среды.
- •21.Уравнения Навье-Стокса для несжимаемой среды.
- •22Ламинарный режим течения. Течение Пуазейля. Решение уравнений Навье-Стокса для течения в плоской щели.
- •23.Устойчивость ламинарного движения и его переход к турбулентному.
- •24.Турбулентное течение. Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса.
- •25.Подходы к математическому моделированию турбулентных течений.
- •26.Методология расчета осредненного турбулентного течения. Осреднение уравнений Навье-Стокса по Рейнольдсу и по Фавру.
- •31. Свободная турбулентность. Теория локально изотропной турбулентности Колмогорова-Обухова.
- •32. Пристенное турбулентное движение.
- •33. Течение жидкости и газа по трубам. Коэффициент потерь на трение (формула Дарси-Вейсбаха).
- •34. Течение жидкости и газа по трубам. Напряжение и тепловой поток на стенке. Аналогия Рейнольдса.
- •35. Режимы течения жидкости и газа по трубам. Вывод формул для коэффициентов потерь. Формулы Блазиуса и Никурадзе.
- •41.Соотношения для осредненных профилей скорости, температуры, концентрации в свободных турбулентных струях.
- •42.Размерные и безразмерные величины. Функциональные связи.
- •44.Подобие. Условия подобия. Числа подобия. Критерии подобия
- •45.Подобие при течении жидкостей в пс и в трубах. Условия подобия при обтекании тел
- •46. Особенности до- и сверхзвуковых пространственных течений газов.
- •47. Законы сохранения для стационарных течениях одномерном приближении.
- •48. Течение в идеальном сопле (канале). Параметры и газодинамические функции стационарного торможения. Число м.
- •49.Течение в идеальном сужающемся сопле. Критический режим и критическая скорость. Приведенная скорость λ.
- •50.Сверхзвуковое течение. Задача о стационарном истечении в вакуум.
- •54. Потери полного давления на скачке уплотнения. Адиабата Гюгонио
- •57. Задание начальных и граничных условий в задачах нестационарной газовой динамики.
- •58.Параметры и газодинамические функции нестационарного торможения.
- •59.Волны конечной амплитуды (вка). Простые и изоэнтропные вка. Соотношения при переходе через фронт изоэнтропной вка.
- •61. Воздействие на уединенную вка профилированием трубопровода по длине.
- •62.Отражение вка от открытого и от закрытого концов трубопровода.
- •63.Закономерности наполнения и опорожнения емкости через трубопровод («кривошипная камера», «ресивер», «цилиндр»).
- •64.Генерирование вка движущимся поршнем. Задача о нестационарном истечении в вакуум.
- •65. Задача о распаде произвольного разрыва.
- •66. Распад разрыва на скачке сечения.
- •67.Распад разрыва на стыке емкости и канала.
- •68. Распад разрыва при отводе и подводе энергии в форме работы.
- •69. Распад разрыва на отверстии в боковой стенке канала.
- •70. Распад разрыва в месте разветвления.
- •71. Метод характеристик и сеточно-характеристический метод.
- •72. Метод распада произвольного разрыва с. К. Годунова.
- •73.Метод Годунова для решения пространственных задач мжг по уравнениям Эйлера.
31. Свободная турбулентность. Теория локально изотропной турбулентности Колмогорова-Обухова.
Турбулентность — название такого состояния сплошной среды, газа, жидкости, их смесей, когда в них наблюдаются хаотические колебания мгновенных значений давления, скорости, температуры, плотности относительно некоторых средних значений, за счёт зарождения, взаимодействия и исчезновения в них вихревых движений различных масштабов, а также линейных и нелинейных волн, солитонов, струй. Происходит их нелинейное вихревое взаимодействие и распространение в пространстве и времени. Турбулентность возникает, когда число Рейнольдса превышает критическое.
Турбулентность может возникать и при нарушении сплошности среды, например, при кавитации (кипении). При опрокидывании и разрушении волны прибоя возникает многофазная смесь воды, воздуха, пены. Мгновенные параметры среды становятся хаотичными.
Существуют три зоны турбулентности, в зависимости от переходных чисел Рейнольдса: зона гладкостенного трения, переходная зона(смешанного трения)и зона гидравлически шероховатых труб (зона квадратического трения). Все магистральные нефти и газопроводы эксплуатируются в зоне гидравлически шероховатых труб.
Турбулентное течение, по-видимому, может быть описано системой нелинейных дифференциальных уравнений. В неё входит уравнения Навье — Стокса, неразрывности и энергии.
Моделирование турбулентности — одна из наиболее трудных и нерешённых проблем в гидродинамике и теоретической физике. Турбулентность всегда возникает при превышении некоторых критических параметров: скорости и размеров обтекаемого тела или уменьшения вязкости. Она также может возникать при сильно неравномерных граничных и начальных условиях на границе обтекаемого тела. Или, может исчезать при сильном ускорении потока на поверхности, при сильной стратификации среды. Поскольку турбулентность характеризуется случайным поведением мгновенных значений скорости и давления, температуры в данной точке жидкости или газе, то это означает, что при одних и тех же условиях детальная картина распределения этих величин в жидкости будет различной и практически никогда не повторяется. Поэтому, мгновенное распределение скорости в различных точках турбулентного потока обычно не представляет интереса, а важными являются осреднённые величины. Проблема описания гидродинамической турбулентности заключается, в частности, и в том, что пока не удаётся на основании только уравнений гидродинамики предсказать, когда именно должен начинаться турбулентный режим и что именно в нём должно происходить без экспериментальных данных. На суперкомпьютерах удаётся моделировать только некоторые типы течений. В результате, приходится довольствоваться лишь феноменологическим, приближенным описанием. До конца XX столетия два результата, описывающие турбулентное движение жидкости считались незыблемыми — «универсальный» закон фон Кармана-Прандтля о распределении средней локальной скорости течения жидкости (вода, воздух) в гладких трубах при высоких значениях числа Рейнольдса и теория Колмогорова-Обухова о локальной структуре турбулентности.
Значительный прорыв в теории турбулентности при очень высоких числах Рейнольдса связан с работами Андрея Николаевича Колмогорова 1941 и 1962 годов, который установил, что при некотором интервале чисел Рейнольдса локальная статистическая структура турбулентности носит универсальный характер, зависит от нескольких внутренних параметров и не зависит от внешних условий.