Розмір шрифту

A

Гідродинаміка

ГІДРОДИНАМІКА (від гідро… і динаміка) — розділ гідромеханіки, що вивчає рух рідини та сили взаємодії між рідиною і твердими тілами при їх відносному русі. Г. — теор. основа проектування суден, літаків, турбін, гідротех. споруд тощо. Методами Г. може також досліджуватись рух газу, якщо його швидкість суттєво менша за швидкість звуку в досліджуваному середовищі. У Г. рідина вважається суцільною, оскільки ігнорується її молекулярна будова, і нестисливою. Г., яку започаткували у серед. 18 ст. праці Л. Ейлера, І. Бернуллі та Ж. Лаґранжа, поділяється на теор. і експериментальну.

У теор. Г. існує два методи дослідж. руху рідини: Лаґранжа і Ейлера. Метод Лаґранжа полягає у дослідженні руху окремих часток рідини, які розрізняють, найчастіше, за їх координатами на поч. руху. Саме ці початк. координати і час є змінними Лаґранжа. Відповідно до методу Ейлера, швидкість, густина та ін. характеристики часток рідини являють собою функції часу і координат тієї точки, де певна частка перебуває у фіксов. момент часу. Рух рідини описується рівняннями нерозривності і рівняннями Ейлера для нев’язкої (ідеал.) або Нав’є–Стокса для в’язкої рідин, які зв’язують прискорення частки рідини з внутр. напругами у рідині. Їх вирішення залежать від початк. (форми границь і швидкості руху на момент його початку) і гранич. (на границях рідини) умов. Ці умови, у свою чергу, залежать від типу границі — тверда нерухома, рухома, вільна тощо. На сучас. етапі найбільш розвиненою є Г. ідеал. рідини, оскільки відповідні задачі зводяться до гранич. задач для рівняння Лапласа. Важливі практичні результати були отримані завдяки застосуванню теорії погранич. шару, що виникла на поч. 20 ст. і досі залишається осн. інструментом розв’язання багатьох тех. проблем. Суттєвий прогрес дослідж. у цій галузі за останні роки зумовлений швидким розвитком комп’ютер. техніки, яка дозволяє проводити чисел. розрахунки течій в’язкої рідини для досить високих чисел Рейнольдса. У рамках моделі ідеал. рідини Г. вивчає: збурені швидкості та розподіл тиску по поверхні тіл, що рухаються в рідині чи оточуючому їх просторі; сили, що виникають при нестаціонар. русі тіл в ідеал. рідині; взаємодію тіл з границями рідини; хвильові рухи на поверхні рідини; хвильові рухи в стратифіков. рідині; виникнення під’ємної сили на крилах; виникнення порожнин в рідині при її русі (кавітацію); кумулятив. ефект. У рамках моделі в’язкої рідини Г. досліджує опір під час руху тіл у рідині та турбулентність. Застосування моделі стисливої рідини вимагають: гідравліч. удар; ударні хвилі; рух зі швидкістю, наближеною до швидкості звуку в рідині або більшою за швидкість звуку.

У результаті експерим. вивчення обчислюють безрозмірні характеристики — коефіцієнти опору, тиску, сил, моментів сил тощо залежно від критеріїв подібності — Рейнольдса, Фруда, Струхаля та ін. Обробка результатів експериментів дає можливість встановити емпіричні закономірності і перевірити існуючі теорії, що, у свою чергу, дає можливість вивчати гідродинам. процеси в експериментах із газами і навпаки. Застосовують також методи аналогій, коли гідродинам. явище моделюється електр. або магнітним. При експерим. дослідж. руху тіл застосовують обладнання двох типів: з оберненим і необерненим рухами. В установках з оберненим рухом (гідродинам., кавітац. і аеродинам. труби) досліджуване тіло нерухоме, а рідина рухається. Вони мають пристрої для утримання моделей у потоці рідини, зміни їх положення відносно потоку і вимірювання діючих на модель сил і моментів. Для устаткування такого типу характерні відносно невеликі розміри моделей, але практично необмежений час експерименту. В установках з необерненим рухом (гідродинам., кавітац. та ін. басейни, обладнані пристроями для буксировки моделей) досліджуване тіло рухається, а рідина нерухома. Для устаткування такого типу характерні відносно великі розміри моделей, але обмежений час експерименту. Сучасні гідродинам. лаб. являють собою великі споруди з потуж. устаткуванням, зокрема кавітац. труба у Вашинґтоні забезпечує експерименти з моделями гвинтів діаметром 0,675 м при швидкості течії до 25,7 м/с. Довжина деяких дослід. басейнів перевищує 1000 м, ширина — 15 м, швидкість руху сягає 30 м/с. Пристрій для буксирування моделі такого басейну, оснащений місцями для експериментаторів, вимірюв., фото- і кінотехнікою, важить десятки тонн. Існують також лаб. для спец. дослідж.: входу тіл у воду, випробування гідромашин, дослідж. рідини у невагомості тощо. Україна має декілька басейнів звичай. типу довжиною до 50 м, гідродинам. труби і швидкіс. (20 м/с) басейн довжиною 140 м, особливістю якого є унікал. можливість програмованого прискорення або гальмування моделей. Відповідно до великої кількості різноманіт. задач існує багато наук. напрямків і шкіл, сконцентрованих навколо певних тех. проблем.

В Україні розвиток дослідж. з ряду напрямків Г. був обумовлений створенням суден на підвод. крилах та суден з динаміч. принципами підтримки. Це стимулювало дослідж. з теорії суперкавітац. крил, теорії підвод. крил, гідрореактив. рушіїв тощо. Укр. науковці вивчають також проблеми виникнення хвиль, погранич. шару та ін. (див. Гідромеханіка). Значного успіху було досягнуто у вивченні розвинутих кавітац. течій — суперкавітації, школи з вивчення якої в Україні започаткували Г. Логвинович (1966) і В. Пилипенко (1970). Необхідність вивчення кавітації (фіз. явища, пов’язаного з неспроможністю рідини витримувати розтягуючі напруги) зумовлена тим, що вона спричиняє руйнування гвинтів, турбін, насосів і супроводжується шумом та вібрацією механізмів. Дослідження довели, що при застосуванні режимів суперкавітації можна запобігти негатив. явищам кавітації і значно знизити опір під час руху тіл у рідині (Г. Рейхардт, М. Тулін, Г. Логвинович). Завдяки впровадженню суперкавітац. режимів руху тіл діапазон швидкостей, що розглядає Г., був підвищений до 100 м/с із застосуванням штуч. суперкавітації (Г. Логвинович, 1978), а у 1993 опанування режимом парової суперкавітації дало можливість підвищити швидкість руху тіл у воді до швидкості звуку — 1430 м/с у прісній воді при 17 °С (Ю. Савченко). Сучас. стан експерим. Г. характеризується застосуванням незбурюючої лазер. вимірюв. техніки і комп’ютер. технологій, що дозволяє проводити детальне дослідж. структури течії і залежності гідродинам. сил від параметрів руху. Таким чином з’явилась можливість моделювати складні рухи, що виникають при маневруванні реал. об’єкта.

Додаткові відомості

Рекомендована література

Іконка PDF Завантажити статтю

Інформація про статтю


Автор:
Статтю захищено авторським правом згідно з чинним законодавством України. Докладніше див. розділ Умови та правила користування електронною версією «Енциклопедії Сучасної України»
Дата останньої редакції статті:
груд. 2006
Том ЕСУ:
5
Дата виходу друком тому:
Тематичний розділ сайту:
Світ-суспільство-культура
EMUID:ідентифікатор статті на сайті ЕСУ
29492
Вплив статті на популяризацію знань:
Бібліографічний опис:

Гідродинаміка / Ю. М. Савченко // Енциклопедія Сучасної України [Електронний ресурс] / редкол. : І. М. Дзюба, А. І. Жуковський, М. Г. Железняк [та ін.] ; НАН України, НТШ. – Київ: Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2006. – Режим доступу: https://esu.com.ua/article-29492.

Hidrodynamika / Yu. M. Savchenko // Encyclopedia of Modern Ukraine [Online] / Eds. : I. М. Dziuba, A. I. Zhukovsky, M. H. Zhelezniak [et al.] ; National Academy of Sciences of Ukraine, Shevchenko Scientific Society. – Kyiv : The NASU institute of Encyclopedic Research, 2006. – Available at: https://esu.com.ua/article-29492.

Завантажити бібліографічний опис

Геохімія та рудоутворення
Світ-суспільство-культура  |  Том 5  |  2006
Д. Є. Макаренко
ВСІ СТАТТІ ЗА АБЕТКОЮ

Нагору нагору