Введение в курс ГГД. Основные понятия и предмет изучения курса ГГД

1. Введение в курс ГГД. Основные понятия и предмет изучения курса ГГД.

Лекция № 1
2017
Дмитриев С.С.

2. План курса ГГД

• Лекции (1 раз в неделю)
• Практические занятия (1 раз в 2 недели)
• Типовые расчеты (5) по плану БАРС с
оценкой по 100-балльной системе
• Лабораторные работы (3)
• Экзамен (письменный) – решение задач

3. Литература к курсу ГГД

• Г.С. Самойлович «Гидрогазодинамика» 1990.
• В.В. Нитусов, В.Г. Грибин «Гидрогазодинамика.
Сборник задач». 2007.
• В.В. Нитусов, В.Г. Грибин «МЖГ. Сборник
задач». 2009.
• Зарянкин А.Е. Механика несжимаемых и
сжимаемых жидкостей. М. Изд. дом МЭИ.
2014.
• Т.Е. Фабер. Гидроаэродинамика. М. 2001
• Л.Г. Лойцянский. Механика жидкости и газа. М.
1978.

4. Проход к лаборатории ГГД-1

5. Проход к лаборатории ГГД-2

6. Курс ГГД

• Предмет гидрогазодинамики – часть
общего курса гидроаэромеханики,
Изучает законы движения жидкостей и
газов и их взаимодействие с твердыми
телами.
• Гидроаэромеханика – более общий
предмет, т.к. включает еще
гидростатику.

7. Основные задачи гидроаэромеханики Жидкость (газ) в покое – гидростатика, жидкость (газ) движется - гидрогазодинамика

1. Определение распределения характерных
параметров внутри некоторого
выделенного объема жидкости или газа.
2. Определение силового взаимодействия
между жидкостью или газом и твердыми
телами, находящимися внутри некоторого
выделенного объема жидкости или газа
или окружающими его.

8. Параметры, характеризующие жидкую или газообразную среду в данной точке

Параметры, характеризующие жидкую
или газообразную среду в данной точке
Скорость - С , размерность – [м/с],
вектор, характеризуется составляющими
u, v, w в направлении осей x, y, z в
трехмерном пространстве.
Массовая плотность – ρ=lim(m/V) при
V→0, размерность [кг/м3] , скаляр.
Давление - р, размерность [Па = н/м2],
скаляр.
Температура – Т, размерность [К].

9. Примеры силового взаимодействия жидких (газообразных) и твердых тел

Внешнее течение
Внутреннее течение

10. Молекулярная структура и агрегатное состояние вещества (l ≈ 10 -10 м)

Зависимость силы взаимодействия
между молекулами R от
межмолекулярного расстояния l
Типы основных агрегатных
состояний вещества
• Твердое – молекулы организованы в
кристаллические решетки (сильное
взаимодействие)
• Жидкое
– актуальны связи только между
соседними молекулами (Броуновское
движение)
• Газообразное – слабое взаимодействие
молекул (актуально только хаотическое
тепловое движение)

11. МЕХАНИКА СПЛОШНЫХ СРЕД: Механика жидкости и газа ↔ Механика твердого тела

Общие свойства жидкостей и
газов
Различия жидкостей и газов
• Сжимаемость (капельная
• Сплошность;
жидкость и газ). Существенно
• Текучесть;
сказывается на характере
• Свойство внутреннего трения
движения только при
(вязкость) – способность
значительных скоростях
оказывать сопротивление
газового потока;
деформации при движении • Наличие свободной границы
жидкости (газа) и отсутствие
у капельных жидкостей и
этого сопротивления в
отсутствие таковой у газов
состоянии равновесия
при заполнении какого-то
(покоя) – можно проверить
объема.
опытом с рукой, движущейся
в воде.

12. Вязкость определяется касательными (сдвиговыми) напряжениями (τ) и коэффициентом динамической вязкости (μ)

13. Идеальная жидкость

Малость величины μ для технически важных
жидкостей дало основание пренебречь
cилами трения – было введено понятие
ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ, жидкости без
трения, что существенно упрощало расчеты
течений.
С течением времени ГАМ разделилась на
теоретическую гидроаэромеханику и
гидравлику.
Первая дисциплина без учета сил трения
успешно решала задачи о распределении
давления вдоль обтекаемых тел, но не
объясняла появление сопротивления в потоке.
Вторая дисциплина основывалась в
основном на эмпирически полученных
зависимостях и решала практические задачи.

14. Понятие пограничного слоя (1904 год - Прандтль)

15. Свойства газов

• Справедливо уравнение состояния для идеального газа
p/ρ = R·T
R = (cp – cv ) [дж/(кг·К)]
Rвозд. = 287,1 дж/(кг·К)
Rпер.пара. = 464 дж/(кг·К)
R μ = 8314 [дж/(кмоль·К)] – универсальная газовая постоянная
R = Rμ /mμ [дж/(кмоль·К)] / [кг/кмоль] = [дж/(кг·К)]
• При сжатии газов Тг↑; при расширении Тг↓
• Быстропротекающий процесс сжатия и расширения при
движении газов проходит без теплообмена с окружающий
средой - процесс адиабатический , и с учетом того, что газ
идеальный:
p/ρk = const
k = cp / c v
k возд. = 1,4
k пер.пара. = 1,3

16. Особенности применения законов механики к изучению движений жидкостей и газов

В 1744 году Даламбер сформулировал понятие сплошной среды.
Законы механики Ньютона применяются к малому объему жидкости
(газа) с линейными размерами l ≈ (10 -6 - 10 -7 ) м, что позволяет:
1. Пренебречь изменением параметров внутри этого
объема.
2. Не учитывать взаимодействие на молекулярном уровне.
3. Вместо физических величин, сосредоточенных в точке,
как в классической механике Ньютона, рассматриваются
функции распределения этих величин (р, с, ρ, Т) в
пространстве, занимаемом жидкостью (газом).
4. Эти функции считаются (как правило) непрерывными и
дифференцируемыми, что позволяет применять анализ
бесконечно малых (методы мат. анализа)

17. Классификация сил, действующих в жидкости

• В классической механике:
силы – результат взаимодействия между
массами.
• При мысленном выделении внутри
объема жидкости (газа) некоторого
объема отброшенная часть жидкости
заменяется соответствующей реакцией
(силой) – т.н. «принцип отвердевания».
• Все силы, действующие в жидком или
газовом объеме – непрерывно
распределенные. В силу свойства
текучести в жидкостях и газах
невозможны сосредоточенные в точке
силы, в отличие от твердых тел.
• Результат взаимодействия между
жидкими массами, принадлежащими
рассматриваемому объему и внешними
массами – внешние силы. Внешние
силы могут быть как поверхностными
(нормальными и касательными), так и
массовыми (объемными).

18. Классификация сил, действующих в жидкости

• Результат взаимодействия между
жидкими массами,
принадлежащими
рассматриваемому объему –
внутренние силы.
Взаимодействие происходит
только при соприкосновении
масс – силы только
поверхностные (нормальные
или касательные);
• Все внутренние силы в жидкости,
находящейся в равновесии, –
парные и равные (по III закону
Ньютона);
• При суммировании всех сил,
действующих на выделенный
жидкий объем покоящейся
жидкости остаются только
внешние силы и реакции от
отброшенной части жидкости;

19. Силы в покоящейся жидкости

• В покоящейся жидкости (τ = 0) силы, возникающие между
частицами жидкости, а также силы, с которыми
покоящаяся жидкость действует на стенки сосуда,
перпендикулярны поверхности раздела частиц и
поверхности раздела жидкость-стенка;
• Среднее гидростатическое давление pср = Pn/F;
• Гидростатическое давление в точке p = lim(Pn/F)
при F → 0;
• Теорема 1 (Закон Паскаля)
Давление в одной и той же точке покоящейся жидкости
одинаково во всех направлениях (во всех сечениях,
проведенных через данную точку)
• Теорема 2 (для газов)
При отсутствии силы тяжести и других массовых сил
давление во всех точках объема газа одинаково

20. Основное уравнение гидростатики

21. Измерение давления

22. Сила давления, действующая на плоскую наклонную стенку

23. «Полная сила избыточного давления жидкости на плоскую наклонную стенку равняется произведению площади стенки на величину избыточного ги

«Полная сила избыточного давления жидкости на плоскую
наклонную стенку равняется произведению площади стенки
на величину избыточного гидростатического давления в
центре тяжести стенки»