Техника - молодёжи 2002-11, страница 14

только под действием определенной внешней силы;

— в процессе подобного ее движения вдоль некоторой траектории совершается конечная по величине работа;

— выполнение такой работы возможно лишь при условии поступления соответствующей внешней энергии от обтекаемого потоком тела;

— передача этой энергии от такого тела до каждой частицы среды обеспечивается с помощью самой среды, выполняющей роль проводника энергии;

— наконец, в реальных физических процессах подобный энергообмен происходит не мгновенно, а в некоторой закономерной последовательности во времени и пространстве.

Нетрудно заметить, что в классической теории вывод основных уравнений движения жидкости (газа) осуществляется путем математической формализации и анализа лишь первого звена указанной цепочки. И, как следствие, эти уравнения в форме Эйлера или Навье — Стокса не позволяют оценивать влияние на параметры потока всех остальных ее звеньев.

В соответствии с выбранным новым подходом приоритетно рассматриваются именно все эти последние звенья указанной цепочки. Это осуществляется путем формализации и анализа динамического процесса подобного энергообмена, то есть основной первопричины неустановившегося движения частиц среды в обтекающем тело потоке. Кроме того, приняты некоторые новые допущения, которые также существенно отличаются от соответствующих положений известной теории.

Во-первых, не используется одно из основных ее допущений — гипотеза о сплошности среды. Представляется, что газообразная среда (воздух) имеет молекулярную структуру с неподвижными в невозмущенном состоянии молекулами. Такая модель среды не учитывает реально существующее хаотичное движение молекул и по структуре близко напоминает обычный песок. В подобных средах любые возмущения распространяются идентичным образом, а именно — путем последовательного импульсного взаимодействия соседних молекул аналогично принципу адающих костяшек домино (ППД).

Во-вторых, не используется и другая известная гипотеза (автором которой считается Л.Прандтль) об отсутствии ощутимого влияния вязкости среды на параметры потока за пределами пограничного слоя и спутного следа. Предполагается, что исходящая от обтекаемого тела кинетическая энергия распространяется и вне пределов таких зон, имея любое, в том числе и параллельное его поверхности, направление.

В-третьих, представляется, что в любой точке пространства в каждый конкретный момент времени величина местной возмущенной скорости движения частиц среды пропорциональна именно указанной энергии, которая

поступает в эту точку в процессе своего распространения относительно среды в целом.

Чтобы обеспечить возможность количественной оценки величины и направления подобной энергии применительно к различным точкам пространства, использована следующая квантовая форма представления соответствующего энергопотенциала.

С учетом указанного выше принципа (ППД) предполагается, что энергообмен между молекулами среды осуществляется дискретно, то есть мельчайшими единичными порциями (импульсами), которые условно можно назвать молекулярными квантами энергии (Мю-квантами). А величина их плотности в конкретной точке пространства выражает, соответственно, величину возмущающей энергии в ней.

Математическая формализация обтекаемого потоком тела осуществляется путем условной замены его определенною системою энергетических структур (ЭС) типа «источник», «сток», «вихрь» или «диполь» (эти математические субстанции иногда

стью, которая предопределяет, по существу, выявленную новую закономерность изменения параметров возмущенного движения потока в пространстве около обтекаемых тел.

Дело в том, что картина распределения плотности Мю-квантов в таком энергетическом поле существенно меняется по мере изменения относительного числа М потока, что обусловлено указанным выше ограничением скорости их движения относительно среды. Учет этого влияния в рамках излагаемой теории обеспечивается с помощью аналогового метода, то есть путем поиска неизвестного общего решения на базе известного частного решения. Такой метод не требует точного значения энергии Мю-кванта и предусматривает лишь определенные преобразования координат.

Выведенные с учетом всех этих условий математические зависимости позволяют определять величину и направление местных скоростей и ускорений движения частиц среды в любой точке пространства около указанных выше основных типов ЭС [5].

именуют «особенностями»). Применительно к ним исходная плотность указанных Мю-квантов пропорциональна соответствующей энергетической их мощности, то есть интенсивности источника, или стока (Q), напряжению вихря (Г), моменту диполя (w). После отделения от ЭС все Мю-кванты распространяются в окружающем пространстве с фиксированной конечной скоростью относительно среды. Эта скорость равна скорости звука и не зависит от скорости движения самой ЭС. При этом местная их плотность по определенным законам уменьшается по мере удаления от ЭС.

В соответствии с указанной моделью энергопотока представляется, что в пространстве вокруг каждой ЭС (или моделируемого с их помощью обтекаемого потоком материального тела) существует некоторое, непрерывно возобновляемое и неоднородное по плотности распределения Мю-квантов, энергетическое поле. Его наличие внешне проявляется через возмущенное движение частиц среды, находящихся в таком пространстве. Такое поле обладает весьма важной особенно

Они обеспечивают возможность расчетного моделирования картины течения потока среды (воздуха) в пространстве около обтекаемых материальных тел.

Выведенные зависимости характеризуются двумя основными особенностями. Во-первых, если принять допущение о несжимаемости среды (то есть М=0), то они приобретают частный вид, соответствующий аналогичным известным формулам.

Во-вторых, применительно к условиям сжимаемых сред, они показывают достаточно сильное и асимметричное влияние числа М на параметры (картину течения потока) что принципиально отличается от соответствующего положения классической теории.

Содержательный смысл характеризующих такое различие основных эффектов можно показать на примере бесконечно длинного, круглого вращающегося цилиндра, обтекаемого нормальным к его оси установившимся потоком воздуха (рис. 3).

Теоретически идеализированная (не учитывающая проявление вязкостных эффектов) картина течения такого по

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 11 2 00 2