История развития гидрогазодинамики.

Всоответствии сэтой концепцией при малой вязкости область течения жидкости можно разделить на две части: внутреннюю область, вкоторой вязкостью можно пренебречь, итонкую приграничную область (пограничный слой), вкоторой жидкость течёт параллельно границам, аскорость жидкости падает до нуля по мере приближения ккраю области. На дне пограничного слоя выполняется условие прилипания, ана его внешней границе решение сращивается сневязким внутренним пределом. Кроме того, давление впограничном слое оказывается известным иравным давлению во внешнем потоке. Этот факт снижает на1 число неизвестных функций, азначит, и число уравнений.Поток разделяется на две части, взаимодействующие друг сдругом; содной стороны, мы имеем "свободный поток", который можно рассматривать как не имеющий трения, согласно теоремам Гельмгольца овихрях, и, сдругой стороны, пограничные слои около твёрдых стенок. Движение этих слоёв регулируется свободной жидкостью, но эти слои придают, всвою очередь, свободной жидкости её основные свойства путём выделения вихревых поверхностей.Оналичии пристеночного пограничного слоя было известно задолго до Прандтля. Поэтому не Прандтль открыл пограничный слой. Но он сделал большее, показав, что понятие пограничного слоя— асимптотическое, что разложение впограничном слое сращивается свнешним решением. Концепция Прандтля, существенно упрощающая модель вязкой жидкости, открыла путь крешению прикладных задач. Прандтль создал мощную научную школу: Х.Шлихтинг, И.И.Никурадзе,В.Толмин,М.Мунк,А.Буземан,А.Бетц,Ж.Аккерет идругие.ТурбулентностьОднако вскоре выяснилось, что вподавляющем большинстве реальных случаев ламинарное течение слабовязкой жидкости становится неустойчивым ирано или поздно переходит втурбулентное:Общий критерий возникновения турбулентности установлен Осборном Рейнольдсом(1842÷1912) в1883году. Он подкрашивал ламинарную струйку тока во входной части стеклянной трубки иследил, когда течение станет турбулентным, фиксируя при этом критическое значение безразмерного определяющего параметра, названного впоследствии вего честь числом Рейнольдса. ВМанчестерском университете, где Рейнольдс проводил свои опыты, сохранилась его экспериментальная установка.А.А.Фридман и Л.В.Келлер дали аналитическую формулировку проблемы турбулентности, сведя задачу кбесконечной системе уравнений для статистических моментов. Джеффри Тейлор ввёл врассмотрение корреляционные функции, атакже впервые ввёл понятия об однородной иизотропной турбулентности.Льюис Фри Ричардсон (1881÷1953) высказал глубокие соображения о "каскадном процессе" передачи энергии по спектру от крупномасштабных мод кмелкомасштабным.Парадигма турбулентности ознаменовала превращение гидродинамики из чисто теоретической науки, из коллекции оригинальных, но оторванных от жизни решений, вприкладную науку. Разлившаяся река стремилась войти вберега актуальной полезности.Наиболее важным вкладом втеорию турбулентности считаются 4работы А.Н. Колмогорова (1903÷1987), впервые опубликованные в1941году. Всовокупности они так иназываются— "теорияК41". Колмогоров занимался турбулентностью примерно полгода, до начала войны, азатем, всвязи стребованиями военного времени, занялся баллистикой. Ещё 2работы Колмогорова относятся к1961÷1962 годам иназываются "теорияК62".Были ли предшественники уРейнольдса? Разумеется, каждый человек видел турбулентность ватмосфере, вручье, вструе воды. Хаген ещё в1839году установил, что характер течения воды втрубе изменяется сувеличением напора. Он считал, что при определённых условиях впотоке возникают внутренние вихри, иэто приводит кповышению сопротивления, и, следовательно, куменьшению расхода воды.Массивным блоком восновании теории турбулентности лежит теория вероятностей, прекрасные исторические обзоры которой даны Гнеденко(2001) и Ширяевым(1998). Втеории турбулентности есть теория устойчивости иперехода ламинарного течения втурбулентное. Рэлею в1880году, А.Зоммерфельду иВ.Оррув1907÷1908годах удалось линеаризовать задачу устойчивости вчастном случае плоскопараллельного движения. Большое значение имеет теория устойчивости пограничного слоя иламинарно-турбулентного перехода впограничном слое (Бэтчелор,2000). Следует упомянуть далеко продвинутую теорию изотропной турбулентности (Бэтчелор,1955).В19веке основной гидродинамической моделью являлась модель идеальной жидкости, в19–20веках— модель вязкой жидкости. В21веке учёные стали вплотную заниматься построением физических иматематических моделей турбулентности. Следует отметить, что парадигма турбулентности вгидродинамике еще не сформулирована, пока видны только её контуры... Построены математические модели случайных процессов втеории броуновского движения ивквантовой механике. Однако построить адекватную модель истории человечества, макроэкономики итурбулентности пока не удалось.Невозможно провести чёткую границу между гидродинамикой инелинейной механикой. Итам, итам важна нелинейность. Актуально как изучение гидродинамических уравнений (Кортевега–деВриза,Буссинеска ипрочих), так ирешение уравнений нелинейной механики (Синус–Гордона, Гинзбурга–Ландау,Шрёдингера ипрочих), которые находят важные применения вгидродинамике.Выдающийся физик Вернер Гейзенберг (1901÷1976), серьёзно занимавшийся проблемой турбулентности, признался на смертном одре, что хотел бы задать Господу два вопроса— об основах теории относительности иопричине турбулентности. "Думаю, что Господь ответит мне на первый из них",— галантно заключил он.ЗаключениеПервоначально гидрогазодинамикапоявиласьвиде экспериментальной науки – гидравлики в соответствии с запросами водоснабжения городов,строительства систем каналов иразвивающегося кораблестроения. Первый научный трудом по гидравлике - это трактат "О плавающих телах"древнегреческого ученого Архимеда. Проблемы гидравлики в эпоху Возрождения решали Галилео Галилей,Леонардо да Винчи и позже Блез Паскаль. Основополагающие работы принадлежат И. Ньютону, которым впервые был сформулирован закон о внутреннем трении при движении жидкостей.Теоретические основы гидродинамики были заложены Леонардом Эйлером и Даниилом Бернулли, которые в 17 в. получили дифференциальные уравнения движения и энергии идеальной жидкости. Хотя долгое время опыты с реальными жидкостямипротиворечили результатам применения теории, в 19 в. дифференциальные уравнения газодинамики приобрели необходимую точность благодаря работам Дж. Стоксаи Анри Навье.В дальнейшей истории гидрогазодинамики как науки преобладает стремление ученых соединитьи сблизить ее экспериментальнуюи теоретическую составляющие. Комплексно изучались сложные явления турбулентности (Рейнольдс) и законыаэродинамики, ставшей теоретической основой авиации (Жуковский). Начала развиваться газодинамика, обеспечившая создание реактивных двигателей,турбостроения, сверхзвуковой авиации.Сначала, вследствие больших математических трудностей, не удавалось применять дифференциальные уравнения Навье–Стокса к теоретическому исследованию движения реальной жидкости до тех пор, пока в начале 20 в. не появились работы Прандля в области теории пограничного слоя, позволившие обоснованно упростить теоретические методы.ЛитератураБетяев С. К. "Пролегомены к метагидродинамике". РХД, 2006г. 304с.Л.А.Кульский, В.В. Даль, Л. Г.Ленчина. "Вода знакомая изагадочная". Издательство "Радянська школа", 1982г. 53с.Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Ч.1. – М.:Наука, 1991. – 600 с.Кутателадзе С.С. Анализ подобия и физические модели.Новосибирск: Наука, 1986. – 296 с.Самойлович Г.С. Гидрогазодинамика. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.Швыдкий В.С. Механика жидкости и газа / В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон, В.С. Шаврин, А.С. Носков. – М.: ИКЦ "Академкнига", 2003. – 464 с.Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М: Наука, 1974.712 с.