Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Большой класс нестационарных течений характеризуется образованием и взаимодействием бегущих волн — ударных и энтропийных разрывов, а также одномерньж изоэнтропных волн Римана, распространяющихся по покоящейся среде или по потоку газа. Эти волны сопровождают работу многих технических объектов в том числе устройств топливно-энергетического комплекса, артиллерийских систем и ракетно-космической техники, при проектировании которьж необходимо руководствоваться простыми эффективными методами расчета и управления параметрами течений. Одним из способов управления течениями является выявление и создание оптимальных бегущих волн (параметры потока за которыми являются экстремальными), а также составление (синтез) из них систем волн, с помощью которьж возможно управление параметрами потока. Задачи о нестационарных, неустойчивых и экстремальных течениях в последние годы выходят на передний план газодинамики.
Полученные в диссертации аналитические решения задач о возникновении и взаимодействии волн, разработанный обобщенный подход для анализа ударно-волновых структур, в том числе с оптимальными волнами, определяют научную и практическую актуальность работы.
Цель работы: выявление оптимальных бегущих волн, анализ их свойств, областей параметров, в которьж они существуют, на базе обобщенной методики исследования бегущих волн и разрывов.
Научная новизна работы.
1. Получены аналитические соотношения, позволяющие по заданным значениям числа Маха исходного потока, показателя адиабаты и интенсивностей входящих в систему волн рассчитать значения газодинамических переменных за системой. На основе этих зависимостей найдены аналитические решения задач построения од номерньж нестационарных ударно-волновых систем, оптимальных для различных газодинамических параметров.
2 Разработан инструмент для отображения свойств исходного ііотоно, по которому
бегут волны и анализа решений задач о бегущих волнах и их взаимодействии — плоскость интенсивностей волн (ПИВ), с помощью которого получены новые результаты и произведен анализ решений известных задач нестационарной газовой динамики с аспекта волн с оптимальными свойствами.
Достоверность полученных в работе результатов подтверждается использованием точных аналитических соотношений газовой динамики, а также и сравнением получен ных результатов с экспериментальными и численными данными других авторов.
Практическая ценность работы. В ходе исследований получены аналитические решения, с помощью которьж можно проектировать оптимальные ударно-волновые системы одномерньж бегущих волн в различных технических объектах, связанных с реализацией нестационарньж газодинамических процессов. Анализ таких систем позволяет также углубить знания о закономерностях нестационарньж течений. Материалы диссертационного исследования использованы в БГТУ при подготовке учебного пособия [Усков В.Н. Бегущие одномерные волны. СПб.: Из-во БГТУ <ВОЕНМЕХ>, 2000] по курсу лекций «Нестационарная газовая динамика», а так же при выполнении курсовых и выпускньж работ студентов, обучающихся по специальностям «Гидроаэромеханика» и «Аэродинамика и тепловые процессы в ЛА».
Положения, выносимые на защиту:
-
Аналитические решения, описывающие одномерные нестационарные ударно-волновые системы, в том числе оптимальные для различных газодинамических параметров.
-
Обобщенная методика анализа взаимодействия бегущих одномерньж волн, образующих оптимальные ударно-волновые системы, а также результаты расчета оптимальных ударно-волновых структур.
-
Метод анализа решений на плоскости интенсивности волн.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской молодежной научной конференции «VI Королевские чтения» (Самара, 2001); IV Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2002) / ХГХ Международном семинаре по струйным, отрывным и нестационарным течениям (Санкт Петербург, 2002); Третьих Поляховских чтениях: международной конференции по механике (Санкт-Петербург, 2003); XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий (Миасс, 2003); XX Международном семинаре по струйным, отрывным и нестационарным течениям (Санкт-Петербург, 2004).
Публикации. Материалы диссертационного исследования опубликованы в восьми научных работах, список которьж приводится в конце реферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 66 наименований. Работа содержит 141 страницу, 56 рисунков и 7 таблиц.