Составлено в соответствии с действующей программой курса «Аэродинамика». Содержит описание основных физических свойств газов и жидкостей, используемых при математическом моделировании движения аэрогидродинамических объектов.
Предназначено для студентов всех специальностей и форм обучения.
Оглавление
- Предисловие…………………………………………………………………………………. 3
- 1. Агрегатные состояния вещества……………………………………………….. 5
- 2. Строение молекул…………………………………………………………………….. 12
- 3. Межмолекулярное взаимодействие…………………………………………… 23
- 4. Явления переноса в газах…………………………………………………………. 33
- 5. Свойства идеальных газов………………………………………………………… 40
- 6. Свойства реальных газов………………………………………………………….. 43
- 7. Физические свойства жидкостей………………………………………………. 54
- 8. Поверхностные явления……………………………………………………………. 59
- Библиографический список………………………………………………………….. 71
При исследованиях и проектировании технических систем используется мощный математический аппарат и современная вычислительная техника. Однако определяющую роль в получении оптимальных решений играет инженер-проектировщик. Основная задача, которую должен решать проектировщик, заключается в разработке и исследовании адекватных математических моделей поведения как всей технической системы, так и ее функциональных частей (в том числе, органов и систем автоматического управления) в различных условиях полета.
Отечественными и зарубежными учеными к настоящему времени созданы теоретические основы качественного проектирования ТС, включающие аэростатику, кинематику и газовую динамику жидкостей и газов как сплошных сред. Все эти научные направления базируются на информации о физических свойствах газов и газовых потоков, основанной на молекулярно-кинетических теориях жидкостей и газов.
Физические свойства жидкостей и газов будем изучать с целью дальнейшего использования полученных знаний при решении задач: исследования и проектирования транспортных средств (ТС) новейших конструкций; это могут быть дирижабли, вертолеты, самолеты, космические аппараты; исследования причин нештатных ситуаций при эксплуатации ТС; разработки мероприятий по предотвращению и ликвидации нежелательных последствий нештатных ситуаций.
Информация о физических свойствах жидкостей и газов учитывается как при выборе вида математической модели, так и при определении коэффициентов (параметров) различных функциональных зависимостей и дифференциальных уравнений.
Для описания движения жидкостей и газов, как систем, состоящих из очень большого числа частиц, используются методы математической статистики. В тех случаях, когда описание свободно молекулярного движения газа (учитывающего движения единичных молекул) оказывается слишком громоздким, переходят к составлению макромоделей на основе понятия сплошной среды. Составление кинематических уравнений движения макроскопических объемов газа используется в аэрогазодинамике. Задачи газовой динамики при проектировании ТС и других разнообразных аппаратов, двигателей и газовых машин состоят в определении сил давления и трения, температуры и теплового потока в любой точке обтекаемой газом поверхности в любой момент времени.
Изучение движения электропроводных газов в присутствии магнитных и электрических полей составляет предмет магнитогазодинамики. В аэродинамике разрабатываются методы определения аэродинамических сил и моментов, действующих на ТС в целом и на его части — крыло, фюзеляж, оперение, воздушные винты и т. д. В динамике полета разрабатываются методы определения параметров траектории и углового движения управляемых и неуправляемых ТС. Все эти методы базируются на использовании результатов аэродинамических расчетов. Строгое разграничение между физикой и прикладными науками провести затруднительно, поэтому в данном пособии речь пойдет только о таких свойствах, которые либо могут быть формально выведены из свойств частиц газа (в том числе, из свойств атомов и молекул), либо могут быть сопоставлены некоторым числам (например, числам Аво-гадро, Больцмана, Лошмидта), являющимися физическими постоянными, используемыми в прикладной аэрогазодинамике. В учебном пособии дается представление об основных понятиях и математических моделях физических свойств газов и жидкостей. Глубже изучить курс можно по литературе, указанной в библиографическом списке.
