Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система
Прикладная механика и техническая физика

Прикладная механика и техническая физика №6 2006 (352,00 руб.)

0   0
Страниц171
ID200360
АннотацияЖурнал публикует оригинальные статьи и заказные обзоры по механике жидкости, газа, плазмы, динамике многофазных сред, физике и механике взрывных процессов, электрическому разряду, ударным волнам, состоянию и движению вещества при сверхвысоких параметрах, теплофизике, механике деформируемого твердого тела, композитным материалам, методам диагностики газодинамических физико-химических процессов.
Прикладная механика и техническая физика : Научный журнал .— Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук .— 2006 .— №6 .— 171 с. : ил. — URL: https://rucont.ru/efd/200360 (дата обращения: 27.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Ключевые слова: частично инвариантное решение, дискриминантная кривая, пространство струй, неправильная особая точка, проективная замена, звуковая линия, стационарная ударная волна. <...> Движение газа при наличии потенциальных внешних сил, описываемое простой волной, рассматривается в [4]. <...> Предлагаемое решение не сводится к простой волне и является новым. <...> Ключевое уравнение (2.1) для любых рациональных показателей γ либо является алгебраическим относительно производной, либо сводится к таковому заменой переменных. <...> В каждой из перечисленных областей ключевое уравнение имеет не более двух положительных корней. <...> Уравнение (2.4) определяет поверхность в пространстве струй R3 (x, X, p), которую будем называть поверхностью уравнения (рис. <...> Поверхность уравнения состоит из четырех изолированных компонент, расположенных симметрично относительно оси Ox в различных октантах пространства R3 (x, X, p). <...> Геометрия поверхности ключевого уравнения в пространстве 1-струй не меняется при вариации параметра задачи α0 . <...> Параметр α0 , стоящий под корнем, влияет только на расположение дискриминантной кривой, увеличивая или уменьшая расстояние от нее до осей Ox и OX, поэтому поверхность уравнения изменяется, сдвигаясь параллельно плоскости x = 0 в направлении x > 0 в случае уменьшения параметра и в направлении p 15 10 5 0 _5 _10 _15 X4 2 0 _2 _4 0 1 2 3 4 x Рис. <...> Поверхность, определяемая ключевым уравнением (2.4) в пространстве струй 7 <...> Поскольку дискриминантная кривая является границей области существования решения (2.4), обозначим DK2 как ∂Ω (рис. <...> Дискриминантная кривая ключевого уравнения содержит как регулярные, так и нерегулярные особые точки. <...> Интегральные кривые уравнения (2.4) (сплошные линии), сепаратриса (штриховая линия) и неправильная особая точка ξ2 ключевого уравнения на дискриминантной кривой Принципиальным является вопрос о существовании интегральных кривых, которые, стартуя с дискриминантной кривой, не возвращаются на нее. <...> 3 представлены <...>
Прикладная_механика_и_техническая_физика_№6_2006.pdf
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2006. Т. 47, NУДК 533; 517.92517.944 ОБ ИСТОЧНИКЕ ГАЗА В ПОЛЕ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ Д. В. Паршин, А. П. Чупахин∗ Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск ∗ Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск E-mail: danilo-skiman@gorodok.net Исследуется небарохронная регулярная частично инвариантная подмодель уравнений газовой динамики. Подмодель сводится к неявному обыкновенному дифференциальному уравнению первого порядка для вспомогательной функции X = X(x). Физические величины (скорость, плотность, давление) выражаются через функцию X. Исследованы свойства и в терминах движения газа дана физическая интерпретация решений уравнения. Доказано существование решения с ударной волной. Изучены свойства ударной адиабаты. Показано, что полученные результаты существенно отличаются от результатов для случая, когда постоянная сила отсутствует, и являются новыми. Ключевые слова: частично инвариантное решение, дискриминантная кривая, пространство струй, неправильная особая точка, проективная замена, звуковая линия, стационарная ударная волна. Введение. Групповой анализ дифференциальных уравнений [1] является эффективным методом построения широких классов точных решений моделей механики сплошных сред, в частности газовой динамики. В работе [2] исследуется точное решение уравнений газовой динамики, описывающее двумерное движение газа в поле силы с постоянным ускорением (силы тяжести). Это движение порождается регулярной частично инвариантной подмоделью, задаваемой 4-мерной алгеброй, при добавлении внешней силы в первое уравнение импульсов. Соответствующая подмодель для случая, когда сила отсутствует, описана в [3]. Движение газа при наличии потенциальных внешних сил, описываемое простой волной, рассматривается в [4]. Предлагаемое решение не сводится к простой волне и является новым. Исследованы решения, соответствующие различным режимам движения газа при различных соотношениях кинетической и потенциальной энергий. Математическая модель сводится к неявному дифференциальному уравнению первого порядка. Свойства подобных уравнений описаны в [5]. t∂y+∂v, ∂t. Инвариантами данной подмодели являются x, u, w, ρ, p, S, где u, w — компоненты скорости; термодинамические параметры ρ, p, S —плотность, давление и энтропия 1. Описание модели. Алгебра, порождающая решение, имеет базис L4 = ∂y, ∂z, соответственно. Лишняя функция—компонента скорости v. Представление решения имеет вид u = u(x), v = v(t,x, y, z), w = w(x), (ρ,S, p) | x. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 05-01-00080) и фонда “Ведущие научные школы России” (грант № НШ-5245.2006.1). ◦ 6 3
Стр.1
4 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2006. Т. 47, NУравнения подмодели имеют вид uu +ρ−1p = g0, vt +uvx +vvy +wvx = 0, uw = 0, uρ +ρ(u +vy) = 0, uS = 0, ◦ 6 (1.1) где g0 = const, g0 = 0; штрих означает дифференцирование по x. Рассмотрим случай u = 0. Тогда подмодель (1.1) описывает изоэнтропические двиv = h(x)y +V (t,x, z), где h = −(u(ln ρ) +u). соотношения по y, получим uh +h2 = 0; Vt +uVx +W0Vx +hV = 0. (1.4) (1.5) Первое и третье уравнения в (1.1), а также уравнения (1.3), (1.4) образуют инвариантную подсистему. Переопределенная система для неинвариантной компоненты, включающая второе и четвертое уравнения из (1.1), расщепляется на инвариантное уравнение (1.4) и уравнение (1.5) для неинвариантной части. После интегрирования инвариантной подсистемы (1.5) интегрируется как линейное уравнение. Интегрирование инвариантной системы можно свести к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка и нескольким квадратурам. Введем функцию σ = σ(x), σ = const, так что σ = 1/h. Тогда уравнение (1.4) принимает вид uσ = 1 и получаем представление u = 1/σ, h = 1/σ. σ/σ = 0 и интегрируется: ρ = R0|σ/σ|, R0 = const . u2/2+I(ρ) = g0x+b0 (I(ρ) =  пическое). Подставляя (1.6), (1.7) в (1.8), получаем 1 2(σ)2 + c2 0 где c2 Интегралы уравнения (1.5) выражаются через функцию σ = σ(x) конечными формулами. В результате получаем решение в виде 0 = γS0Rγ−1 0 = const. u = 1 σ , v = y +H(ξ, η) σ , w = W0, ρ = R0    σ σ   , S = S0, p = S0ργ, (1.10) γ −1    σ σ    γ−1 (1.6) В терминах функции σ(x) уравнение неразрывности (1.3) имеет вид (ln ρ) − σ/σ + (1.7) Функция σ = σ(x) является решением первого уравнения импульсов в (1.1), проинтегрировав которое получаем инвариантный интеграл Бернулли: (1.8) dp/ρ — энтальпия газа). Для политропного газа p = S0ργ (движение изоэнтро= g0x+b0, (1.9) (1.3) Подставляя представление (1.2) во второе уравнение (1.1) и расщепляя полученные жения газа S = s0 = const. Кроме того, из третьего уравнения (1.1) следует, что w = W0 = const, из четвертого уравнения получаем представление (1.2)
Стр.2
Д. В. Паршин, А. П. Чупахин 5 где H — произвольная функция аргументов ξ = t − σ(x), η = z − W0t; W0, R0, S0 — произвольные константы. Функция σ = σ(x) удовлетворяет уравнению (1.9). 2. Ключевое уравнение. Уравнение (1.9) можно записать в виде (σ)2   σ σ    γ−1 − g0(γ −1) c2 0 x+ b0 g0 (σ)2 + γ −1 2c2 0 Теорема 1. Размерность пучка интегральных кривых для ключевого уравнения (2.1) не превышает четырех для произвольного рационального показателя γ > 1. Доказательство. Ключевое уравнение (2.1) для любых рациональных показателей γ либо является алгебраическим относительно производной, либо сводится к таковому заменой переменных. Для оценки числа положительных вещественных корней можно применить правило Декарта, согласно которому количество положительных вещественных корней многочлена не превышает числа перемен знаков в последовательности его коэффициентов [6]. Учитывая, что рациональное число γ > 1, рассмотрим все возможные случаи: γ = 2m, γ = 2m+1, γ = 2m 2n+1, γ = 2m+1 (σ)2   σ σ    2m−1 − g0(2m−1) c2 0 x+ b0 g0 2n , γ = 2m+1 2n+1 (m, n — натуральные числа). 1. Пусть в (2.2) γ = 2m. Тогда ключевое уравнение (2.1) записывается в виде (σ)2 + 2m−1 2c2 0 ласть, где σσ < 0. В каждой из этих областей модуль раскрывается двумя способами. Выпишем последовательность знаков при соответствующих степенях производной в зависимости от знака σ и σ: Область существования решения делится на две части: область, где σσ  0, и об— если σσ  0, то (+,−,+); — если σσ < 0, то (−,−,+). В каждой из перечисленных областей ключевое уравнение имеет не более двух положительных корней. Для того чтобы подсчитать число отрицательных корней, необходимо выполнить замену σ →−σ. Однако в этом случае число отрицательных корней также не превышает двух, следовательно, ключевое уравнение имеет не более четырех вещественных корней в области существования решения, и для него существует не более четырех интегральных кривых, проходящих через одну точку. Теорема доказана. 2. Если γ = 2m+1, последовательность знаков сохраняется. 3. Если γ = 2m/(2n + 1), то ключевое уравнение заменой (σ)1/(2n+1) → q сводится к приводит к уравнению (2.3). Следует отметить, что при замене извлекается корень четной степени, но на число корней это не оказывает влияния, так как знакоопределенность функции σ уже учтена. 5. Если γ = (2m+1)/(2n+1), то замена (σ)1/(2n+1) →q приводит ключевое уравнение интегральных кривых ключевого уравнения (2.1) не превышает четырех. Для определенности рассмотрим случай γ = 3. Выполняя замену x+b0/g0 →x, σ →|1/c0|X = 0. (2.3) (2.2) = 0. (2.1) уравнению (2.3), для которого необходимое утверждение уже доказано. 4. Если γ = (2m + 1)/(2n), то замена (σ)1/(2n) → q в ключевом уравнении вновь к уравнению (2.3), для которого необходимое утверждение доказано. Таким образом, для всех возможных рациональных показателей γ размерность пучка
Стр.3