Читать онлайн «Элементы гидродинамики: учебное пособие для вузов»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ» Е. П. Потанин, В. Ф. Федоров ЭЛЕМЕНТЫ ГИДРОДИНАМИКИ Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений Москва 2012 УДК 532. 1075. 8 ББК 22. 253. 3я. 7 П64 Потанин Е. П. , Федоров В. Ф. Элементы гидродинамики: Учебное пособие. М. : НИЯУ МИФИ, 2012. – 56 с. В данном пособии материал с использованием уравнения движения частицы жидкости. Как частные случаи получены основное уравнение гидростатики, урав- нение Эйлера, уравнение Бернулли, а также решена задача для стационарного течения вязкой жидкости. Качественно рассмотрены вращательные движения в цилиндрических сосудах, турбулентное течение, особенности вихревого движения, явление сильного взры- ва, ударные волны при сверхзвуковом движении среды. Приведен пример количе- ственного расчета ламинарного пограничного слоя на вращающемся диске. Предназначено для студентов МИФИ, изучающих гидрогазодинамику, и может быть полезно преподавателям, читающим курсы, включающие элементы гидрога- зодинамики. Подготовлено в рамках Программы создания и развития НИЯУ МИФИ. Рецензент д-р физ. -мат. наук, проф. В. Д. Борисевич ISBN 978-5-7262-1670-6 © Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», 2012  ПРЕДИСЛОВИЕ Предметом изучения данного пособия является гидродинамика, т. е. движение жидкостей. Пособие может быть использовано как до- полнение к курсу общей физики И. В. Савельева. Его цель – углубить знания по этому разделу. По уровню изложения и затрагиваемым во- просам пособие соответствует программе вузовского курса физики. Как и при изучении движения материальных точек, за основу принято уравнение движения, т. е. 2-й закон Ньютона примени- тельно к частице жидкости. Такой подход позволил связать воеди- но и более строго изложить весь программный материал. При этом упростились и стали более понятными и доступными для студентов младших курсов многие вопросы, такие, например, как критерии подобия, движение тел в жидкостях и газах и т. д. Изложение проводится по принципу от общего к частному. Как частные случаи получены основное уравнение гидростатики, урав- нение Эйлера, уравнение Бернулли, рассмотрены задача о стацио- нарном течении вязкой жидкости в пространстве между двумя плоскостями и течение Пуазейля. В пособии качественно рассмотрены вращательные движения жидкости, турбулентное течение, особенности вихревого движе- ния, явление сильного взрыва, образование ударных волн и др. Многие из рассмотренных явлений ранее не затрагивались в посо- биях по общей физике. В начале пособия вводятся такие важнейшие понятия векторно- го анализа, такие, как поток и циркуляция, дивергенция и ротор. В этом разделе дано качественное рассмотрение поведения вращаю- щейся жидкости в цилиндрическом сосуде. В разделе, посвящённом пограничным слоям во вращающейся жидкости, исследован случай пограничного слоя на вращающемся в неподвижной среде диске в рамках нелинейных уравнений На- вье–Стокса.