SCI Библиотека

Подготовка к печати настоящего второго тома, к сожалению, потребовала значительно большего времени, чем это предполагалось два года тому назад при выпуске в свет первого тома. Эта нежелательная задержка объясняется главным образом тем, что незадолго до окончания первого тома я принял предложение американской фирмы Westinghouse Electric and Manufacturing Comp., Philadelphia, об организации в ее исследовательском институте аэродинамической и гидродинамической лабораторий и затем в течение долгого времени был чрезвычайно загружен этой служебной работой.

Рукопись настоящего тома тоже прочитана проф. Л. Прандтлем и снабжена им многочисленными ценными дополнениями; в особенности необходимо упомянуть о № 87—89, целиком написанных самим Л. Прандтлем. Впрочем, второй том отличается от первого тем, что содержание отдельных его глав выходит за пределы содержания лекций Л. Прандтля в значительно большей степени, чем в первом томе. Кроме того, в этом томе содержится некоторый материал, совсем не входивший в лекции Л. Прандтля.

Профессор Геттингенского университета Людвиг Прандтль — самый выдающийся из современных механиков, — без сомнения, хорошо известен в СССР.

Подобно покойному профессору Московского университета Н. Е. Жуковскому, Людвиг Прандтль стремится слить теорию и практику в единое стройное целое. И ему это прекрасно удается.

С его именем связаны крупнейшие достижения XX столетия в различных областях механики жидкостей, аэродинамики и механики упругого тела.

В своих лекциях Людвиг Прандтль дает в простом, ясном и строго научном изложении те части гидромеханики, которые, главным образом, необходимы для научной разработки вопросов воздухоплавания и гидравлики. В книге славного геттингенского профессора инженеры найдут надежный фундамент в своей практической деятельности, а начинающие работники получат прекрасное руководство к дальнейшим научным изысканиям.

В данном препринте рассматриваются истоки и становление научного направления по гидромеханике и процессам тепло- и массoобмена в фундаментальных и прикладных исследованиях в условиях микрогравитации, основные этапы и результаты исследований под руководством академика В.С. Авдуловского.

Дан обзор результатов исследований и научно-координационной деятельности, результатов экспериментов на орбитальной станции “Мир” и работ на переходном этапе от орбитальной станции “Мир” к Международной Космической Станции.

Обсуждаются развитие исследований по механике невесомости и гравитационной чувствительности, концепция и направления современных фундаментальных и прикладных исследований и связи данного направления с направлениями исследований по изучению и освоению космического пространства.

Коллективная монография известных американских специалистов посвящена современным методам численного решения задач о неустановившихся движениях сплошной среды. В книге освещен 15-летний опыт, накопленный в области численного решения задач гидродинамики. Многие результаты ранее не публиковались.

В первых четырех статьях рассматриваются конечно-разностные методы, в которых используются переменные Эйлера или Лагранжа, а также одновременно оба типа переменных. Две статьи относятся к расчету движения упруго-пластических сред. Излагается численный метод, характеризующий распределение ударной волны в двухмерной задаче. В работе Хардоу описывается совместно с ним разработанный метод численного расчета движения частая застойная зона в плоско-потоке резко несжимаемой жидкости.

Книга, несомненно, вызовет интерес как у специалистов по вычислительной математике, так и у физиков, гидромехаников и инженеров, занимающихся исследованием течений сплошной среды.

В новом издании книги наиболее значительной переработке подверглась первая глава — теоретические основы газовой динамики.

В неё введено пять новых параграфов, в которых приводятся результаты, полученные с помощью электронных быстродействующих машин для задач на сверхзвуковое обтекание как в плоском, так и в пространственном случаях, изложены теория гиперзвуковых движений, теория диссоциирующего газа, линейная пространственная задача обтекания крыла. Ряд параграфов значительно расширен. Так, в параграфе, посвящённом взрыву, даётся теория точечного взрыва без учёта противодавления, а также детально излагается способ решения на электронной быстродействующей машине задачи о взрыве с учётом противодавления; в параграфе, посвящённом крылу в плоско-параллельном потоке, расширено изложение, касающееся обтекания пластинки; даны некоторые полученные решения в осесимметричном случае.

Для ряда отдельных результатов и методов. Так, например, для характеристики указываются новые варианты и, в частности, излагается применение его к расчётам, проводимым с помощью электронных вычислительных машин.

Дополнения и изменения, внесенные в шестое издание первой части, касаются лишь главы о волнах. Здесь вставлены два новых параграфа: один посвящен теории длинных волн на мелкой воде (в частности, рассмотрен вопрос о разрушении плотины), другой — теории длинных волн в сжимаемой жидкости (задача обтекания препятствия).

В некоторых местах сделаны незначительные изменения текста.

Трехмерная тензорная математика представляется в виде аналитического обобщения численных решений прикладных задач гидромеханики, основанных на конечноразностных моделях метода крупных частиц (конечного объема). Ориентация изложения на прямые вычислительные эксперименты приводит к поиску элементарных объектов гидромеханики, допускающих сквозную смысловую интерпретацию динамики движения и физических свойств моделируемой жидкости. Рассмотрены особенности непротиворечивого проектирования алгоритмов, сводящиеся к ключевым элементам функционального языка программирования, способного автоматизировать применение тензорных выражений для построения вычислительных экспериментов при моделировании течений жидкости.

Небольшой исторический экскурс, приведенный в первой части книги, адресован читателям, познающим развитие естественных наук во взаимосвязи со становлением прикладной математики. Логические заключения второй части книги заинтересуют разработчиков аппаратных и языковых средств специализированной вычислительной техники. Вычислительные эксперименты гидромеханики представлены в третьей части книги, в которой строгость математических законов по возможности смягчается метафизическими ассоциациями из междисциплинарных естественнонаучных дисциплин.

Книга ориентирована на студентов и инженеров, ведущих поисковые исследования и реализующих прикладные вычислительные эксперименты в различных областях науки и техники, и прежде всего в механике сплошных сред.

Учебное пособие составлено на базе материалов по дисциплинам «Техническая физика», «Гидромеханика» и «Гидравлика», реализованных в 2007 – 2018 гг. для студентов инженерных направлений подготовки ЮФУ в г. Таганроге.

Пособие содержит информацию о свойствах гидромеханических сред, основных законах гидростатики, кинематических и динамических уравнениях движения для ламинарного и турбулентного режимов, а также моделирование нестационарных гидромеханических течений. В конце каждого тематического раздела имеются теоретические вопросы и практические задания.

Предназначено для студентов и аспирантов, обучающихся в Инженерно-технологической академии ЮФУ, а также представляет интерес для преподавателей аналогичных и смежных дисциплин.