В монографии рассмотрена обратная задача теовш сопла для общего случая пространственного течения, даны численные методы ее решения.
Значительное внимание уделено практическим приложениям. Приведены результаты исследований течений в соплах, в каналах сложных форм, в каналах с подводом массы и энергии. Представлены результаты решении обратной задачи профилирования каналов.
Предназначена для научных работников, специализирующихся в области физической газовой динамики.
Библиогр.: 33 назв. Ил. 97. Табл. 4.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В последние годы выполнен целый ряд исследований, посвященных решению обратной задачи теории сопла. Значительное внимание уделено обратной задаче профилирования сложных каналов, реализующих заданный сверхзвуковой поток на выходе из сопла.
На основе численного метода решения обратной задачи изучен большой класс внутренних проблем физической газовой динамики таких, как течения в соплах реактивных двигателей, в каналах сложных форм с поворотом потока до 180°, в каналах МГД-генера-торов, в каналах с подводом массы и энергии.
При исследовании плоских, осесимметричных и пространственных течений учитывались разного рода неравновесные физико-химические процессы, например диссоциация и рекомбинация, возбуждение колебательных степеней свободы, конденсация, движение частиц в смеси газов.
Весьма эффективным оказался численный метод решения обратной задачи, основанный на использовании трехточечных разностных схем с переменным шагом на слое.
Область приложения рассмотренных задач достаточно широка: от авиационной техники и космонавтики до охраны воздушного бассейна.
Возможно расширение круга прикладных задач, решаемых с помощью обратной задачи. Это связано, в первую очередь, с созданием новых технологий, в которых требуется изучение течений газа в каналах сложной формы с поворотом потока до 180°.
С другой стороны, возможно применение разностного метода решения обратной задачи и для некоторого класса струйных и внешних задач.
В то же время систематическое изложение теории, аналитических методов и прикладных результатов по обратной задаче в настоящее время отсутствует. Отдельные результаты содержатся в некоторых монографиях и периодических публикациях советских и зарубежных авторов.
В предлагаемой монографии с единых позиций изложена методология обратной задачи теории сопла, приведены аналитические и численные методы, а также многочисленные примеры практических приложений. Представлены новые данные по неравновесным и двухфазным течениям.
Автор благодарит академиков Г. И. Петрова и В. С. Авдуевско-го за постоянное внимание и стимулирование исследований, результаты которых приведены в настоящем издании.
Автор благодарит также профессора Л. Е. Стернина за многочисленные полезные замечания, а также Л. И. Анохину, А. В. Па-иасенко, М. В. Минашкину, Е. А. Чулюкову за большую помощь при подготовке монографии к изданию.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................. $
1. Основные уравнения и граничные условия............. Ф
1.1. Введение.......................... 4
1.2. Основные уравнения..................... 5
1.2.1. Уравнения газовой динамики пространственных неравновесных течений идеального газа в обобщенных координатах Мизеса. Двумерные и одномерные течения............. 18
1.2.2. Уравнения идеального газа в ортогональных координатах. Характеристики уравнений для двумерных течений в координатах х, г|з.......................... 28
1.2.3. Уравнения Навье-Стокса в координатах Мизеса. Параболизо-ванные уравнения .................... 30
1.2.4. Граничные условия в обратных задачах.......... 32
1.3. Необходимые сведения о физико-химических процессах..... 41
1.3.1. Химическая кинетика.................. 41
1.3.2. Колебательная релаксация................ 45
1.3.3. Двухфазные течения.................. 48
1.3.4. Неравновесная конденсация............... 49
1.3.5. Электромагнитные эффекты............... 52
2. Аналитические методы...................... 5S
2.1. Одномерная теория..................... 55
2.1.1. Классическая одномерная теория идеального нереагирующего
газа.......................... 55
2.1.2. Одномерная теория для криволинейных каналов...... . 58
2.2. Метод источников и стоков.................. 59
2.2.1. Плоское течение..................... 59
2.2.2. Осесимметричное течение................. 61
2.2.3. Пространственное течение................ 64
2.3. Обратная задача теории сопла для несжимаемой жидкости ... 09
2.4. Разложение в ряд по функции тока.............. 70
2.4.1. Пространственный случай................ 71
2.4.2. Плоский и осесимметричный случай............ 80
2.4.3. Двухфазные течения.................... 84
2.5. Разложение в ряд в окрестности прямолинейной звуковой линии 85
2.6. Решение в окрестности бесконечно удаленной точки в дозвуковой области........................... 89
2.7. Аналитический расчет параметров смеси в зоне локального подвода массы и энергии в одномерном течении........... 91
2.8. Расчет пространственных течений в соплах методом малых возмущений........................... 92
3. Численные методы решения обратной задачи............. 97
3.1. Основная разностная схема................. 97
3.1.1. Пространственный случай................ 99
237
3.1.2. Осесимметричный и плоский случаи............ 102
3.2. Методы решения релаксационных уравнений.......... 103
3.3. Методы расчета течений с физико-химическими превращениями. Одномерное приближение.................. 110
3.3.1. Равновесные и неравновесные течения с химическими реакциями, колебательной релаксацией и конденсацией...... 110
3.3.2. Течения с подводом массы и энергии, при наличии внешних сил 116
3.3.3. Течения смеси газа и частиц.............. . 117
3.4. Методы расчета течений с физико-химическими превращнеиями. Пространственные и двумерные течения............ 120
3.4.1. Течения с химическими реакциями, колебательной релаксацией и конденсацией.................... 120
3.4.2. Течения с подводом энергии. Многослойные течения..... 122
3.4.3. Течение смеси газа и частиц................. 123
3.4.4. Течения газа при наличии электромагнитных полей...... 126
3.5. Метод характеристик.................... 127
3.5.1. Классический метод характеристик............. 128
3.5.2. Послойный (сеточно-характеристический) метод и его модификации ....................... 133
А. Течение газа в соплах и каналах сложных форм.......... 136
4.1. Течение в плоских и осесимметричных соплах......... 136
4.1.1. Исследование до- и трансзвуковой областей сопел с прямолинейной и криволинейной поверхностью перехода. Течения Мейера и Тейлора.................... 136
4.1.2. Локальные зоны торможения............... 144
4.1.3. Решение прямой задачи как серии обратных....... 148
4.2. Течения в кольцевых соплах и криволинейных каналах..... 153
4.2.1. Течение в кольцевых соплах................ 153
4.2.2. Течение в криволинейных каналах............ 158
4.3. Осесимметричные течения с закруткой потока......... 165
4.4. Обратная задача профилирования каналов........... 167
4.4.1. Профилирование аэродинамических сопел......... 171
4.4.2. Профилирование сверхзвуковых каналов, моделирующих заданный поток в выходном сечении............ 174
4.5. Сравнение расчетов обратным методом с экспериментальными результатами и расчетами другими методами........... 186
S. Течения с физико-химическими превращениями........... 190
5.1. Равновесные и замороженные течения............ 190
5.2. Течения с неравновесными химическими реакциями....... 193
5.2.1. Одномерные течения. Расчет течения в газовом анализаторе 193
5.2.2. Плоские и осесимметричные течения............ 199
5.3. Течения с колебательной релаксацией............. 200
5.3.1. Одномерные течения................... 201
5.3.2. Плоские и осесимметричные течения........... 202
5.4. Течения с неравновесной конденсацией............ 205
5.5. Течения в каналах МГД-генераторов............. 207
5.6. Течения с подводом энергии................. 213
5.7. Течения смеси газа и частиц................. 215
5.8. Слоистые течения...................... 221
5.9. Течения в канале с подводом реагентов с целью подавления токсичных компонент...................... 223
5.9.1. Равновесные и неравновесные течения.......... 224
5.9.2. Метод оптимизации массы впрыска с целью подавления токсичных компонент..................... 232
Список литературы......................... 235
Цена: 300руб.
