Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ГИДРОДИНА́МИКА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 7. Москва, 2007, стр. 80

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: А. Н. Голубятников

ГИДРОДИНА́МИКА (от гид­ро… и ди­на­мика­), раз­дел ме­ха­ни­ки жид­ко­сти и га­за, в ко­то­ром изу­ча­ет­ся дви­же­ние и изме­не­ние со­стоя­ния сла­бо­сжи­мае­мых жид­ко­стей или их сме­сей при взаи­мо­дей­ст­ви­ях с твёр­ды­ми те­ла­ми, дру­ги­ми жид­ки­ми или га­зо­об­раз­ны­ми сре­да­ми и си­ло­вы­ми по­ля­ми: гра­ви­та­ци­он­ным, элек­тро­маг­нит­ным и др. Ме­то­ды Г. при­ме­ни­мы так­же к дви­же­нию га­зов и плаз­мы при ус­ло­вии сла­бой сжи­мае­мо­сти, при ус­та­но­вив­ших­ся те­че­ни­ях, ко­гда от­но­си­тель­ная ско­рость это­го дви­же­ния зна­чи­тель­но мень­ше ско­ро­сти зву­ка в дан­ной сре­де. В со­от­вет­ст­вии с ме­то­да­ми ис­сле­до­ва­ний вы­де­ля­ют тес­но свя­зан­ные ме­ж­ду со­бой тео­ре­тич. и экс­пе­рим. гид­ро­ди­на­ми­ку.

Ис­то­ри­че­ски Г. воз­ник­ла в свя­зи с ис­сле­до­ва­ния­ми дви­же­ния су­дов с це­лью по­вы­ше­ния их мо­ре­ход­ных ка­честв, изу­че­ни­ем прин­ци­пов ра­бо­ты па­ру­са, вин­та, кры­ла, на­со­са, гид­ро­ре­ак­тив­но­го дви­жи­те­ля и др. уст­ройств. Ос­но­вы Г. бы­ли за­ло­же­ны в 18 в. в тру­дах Д. Бер­нул­ли, Ж. Л. Д’Аламбе­ра, Л. Эй­ле­ра. Тер­мин «Г.» при­над­ле­жит Бер­нул­ли.

Пер­вой про­стей­шей мо­де­лью Г. яв­ля­ет­ся сис­те­ма урав­не­ний дви­же­ния не­сжи­мае­мой од­но­род­ной жид­ко­сти, вы­ве­ден­ная в 18 в. Л. Эй­ле­ром, ис­хо­див­шим из за­ко­нов ме­ха­ни­ки Нью­то­на и за­ко­на Пас­ка­ля (см. Эй­ле­ра урав­не­ния). В этой мо­де­ли плот­ность сре­ды $ρ$ счи­тает­ся по­сто­ян­ной. Не­из­вест­ны­ми яв­ляют­ся по­ле ско­ро­стей $v$ (на ко­то­рое на­кла­ды­ва­ет­ся ус­ло­вие со­хра­не­ния объ­ё­ма) и дав­ле­ние $p$ в жид­ко­сти. Урав­не­ния дви­же­ния име­ют вид: $$ρ \frac{dv}{dt} + \nabla p = \boldsymbol F, \nabla \cdot v=0,$$ где $\boldsymbol F$ – внеш­няя си­ла, $t$ – вре­мя.

Позд­нее, в 19 в., бы­ла соз­да­на мо­дель вяз­кой од­но­род­ной не­сжи­мае­мой жид­ко­сти (см. На­вье – Сто­кса урав­не­ния), учи­ты­ваю­щая влия­ние свойств вяз­ко­сти жид­ко­сти, в ко­то­рой к дей­ст­вию дав­ле­ния до­бав­ля­ет­ся си­ла внут­рен­не­го тре­ния, про­пор­цио­наль­ная ско­ро­сти де­фор­ма­ции ма­лой час­ти­цы жид­ко­сти. До­бавле­ние к этой мо­де­ли тер­мо­ди­на­мич. урав­не­ния при­то­ка те­п­ло­ты по­зво­ля­ет опи­сать про­цесс те­п­ло­пе­ре­да­чи в дви­жу­щей­ся жид­ко­сти.

Даль­ней­шее раз­ви­тие Г. по­лу­чи­ла в 19–20 вв. Бы­ли соз­да­ны: тео­рия по­тен­ци­аль­ных и вих­ре­вых те­че­ний; тео­рия по­верх­но­ст­ных и внут­рен­них волн; тео­рия пло­ских, осе­сим­мет­рич­ных и вин­то­вых те­че­ний; тео­рия мед­лен­ных те­че­ний вяз­ких жид­ко­стей; тео­рия по­гра­нич­но­го слоя. Про­ве­де­ны ис­сле­до­ва­ния ус­той­чи­во­сти ла­ми­нар­но­го те­че­ния и пе­ре­хо­да к тур­бу­лент­но­сти, мо­де­ли­ро­ва­ние ос­ред­нён­ных тур­бу­лент­ных дви­же­ний; по­строе­ны тео­рия те­п­ло- и мас­со­пе­ре­но­са, тео­рия фильт­ра­ции сквозь по­рис­тые сре­ды, тео­рия кон­век­ции, тео­рия атмо­сфер­ных и океа­нич. вих­рей и др.

В за­да­чи Г. вхо­дят: соз­да­ние од­ной или це­лой по­сле­до­ва­тель­но­сти под­хо­дя­щих ма­те­ма­тич. мо­де­лей те­че­ний жид­ко­сти, раз­ви­тие в рам­ках этих мо­де­лей ме­то­дов ре­ше­ния, а так­же срав­не­ние ре­зуль­та­тов рас­чё­тов с имею­щи­ми­ся экспе­рим. дан­ны­ми и пред­ло­же­ние прак­тич. ре­ко­мен­да­ций. С ре­ше­ни­ем за­дач Г. свя­за­но оп­ре­де­ле­ние ин­те­граль­ных ха­рак­те­ри­стик дей­ст­вия жид­ко­сти на по­ме­щён­ные в неё или об­те­кае­мые ею те­ла, вы­чис­ле­ние подъ­ём­ной си­лы и си­лы со­про­тив­ле­ния.

Важ­ной осо­бен­но­стью совр. эта­па раз­ви­тия Г. яв­ля­ет­ся соз­да­ние боль­ших па­ке­тов вы­чис­лит. про­грамм, спе­ци­аль­но на­прав­лен­ных на ре­ше­ние разл. прак­тич. за­дач.

В экс­пе­рим. Г. при­ме­ня­ют­ся ме­то­ды как на­тур­ных ис­пы­та­ний, так и пря­мо­го или ана­ло­го­во­го мо­де­ли­ро­ва­ния, ос­но­ван­ные на при­ме­не­нии ме­то­дов по­до­бия и раз­мер­но­сти. Для ис­сле­до­ва­ний ис­поль­зу­ют­ся спец. гид­ро­ди­на­мич. тру­бы, от­кры­тые ка­на­лы и бас­сей­ны.

Прак­тич. при­ме­не­ния совр. Г. чрез­вы­чай­но раз­но­об­раз­ны. Г. ис­поль­зу­ет­ся при про­ек­ти­ро­ва­нии и соз­да­нии ко­раб­лей и са­мо­лё­тов, рас­чё­тах тру­бо­про­во­дов и на­со­сов, гид­ро­тур­бин и во­до­слив­ных пло­тин, при изу­че­нии мор­ских и воз­душ­ных те­че­ний, рас­чё­те мас­со- и теп­ло­об­ме­на в ат­мо­сфе­ре и про­гно­зе по­го­ды, при изу­че­нии фильт­ра­ции грун­то­вых вод и неф­ти и ор­га­ни­за­ции их до­бы­чи, во мн. тех­но­ло­гич. про­цес­сах ме­тал­лур­гич. и хи­мич. про­мыш­лен­но­сти и др.

Лит.: Лэмб Г. Гид­ро­ди­на­ми­ка. М.; Л., 1947; Ко­чин Н. Е., Ки­бель ИА., Ро­зе Н. В. Тео­рети­че­ская гид­ро­ме­ха­ни­ка. М., 1963. Ч. 1. 6-е изд. Ч. 2. 4-е изд.; Бирк­гоф Г. Гид­ро­ди­на­ми­ка. М., 1963; Се­дов Л. И. Пло­ские за­да­чи гид­ро­ди­на­ми­ки и аэ­ро­ди­на­ми­ки. 3-е изд. М., 1980; Аль­бом те­че­ний жид­ко­сти и га­за. М., 1986.

Вернуться к началу