Главная > Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 80. Акустическое течение

Одно из самых интересных проявлений влияния вязкости на звуковые волны состоит в возникновении стационарных вихревых течений в стоячем звуковом поле при наличии твердых препятствий или ограничивающих его твердых стенок. Это движение (его называют акустическим течением) появляется во втором приближении по амплитуде волны; его характерная особенность состоит в том, что скорость движения в нем (в пространстве вне тонкого пристеночного слоя) оказывается не зависящей от вязкости, — хотя самим своим возникновением оно обязано именно вязкости (Rayleigh, 1883).

Свойства акустического течения наиболее типичным образом проявляются в условиях, когда характерная длина задачи (размеры препятствий или области движения) малы по сравнению с длиной звуковой волны X, но в то же время велики по сравнению с введенной в § 24 глубиной проникновения вязких волн

Ввиду последнего условия, в области движения можно выделить узкий акустический пограничный слой, в котором происходит падение скорости от ее значения в звуковой волне до нуля на твердой поверхности. Поскольку скорость газа в этом слое (как и в самой звуковой волне) мала по сравнению со скоростью звука, а его характерный размер — толщина S — мал по сравнению с (ср. условие (10,17)), то движение в нем можно рассматривать как несжимаемое.

Рассмотрим акустический пограничный слой у плоской твердой стенки (плоскость ), причем движение будем считать плоским — в плоскости (Н. Schlichting, 1932). Приближения, связанные с малой толщиной пограничного слоя, описаны в § 39 и сохраняют силу для рассматриваемого нестационарного движения. Нестационарность приводит лишь к появлению в уравнении Прандтля (39,5) членов с производными по времени:

(производная выражена через скорость ) течения вне пограничного слоя с помощью уравнения (9,3)). В данном случае

(), что соответствует стоячей плоской звуковой волне с частотой .

Искомую скорость v в пограничном слое выразим через функцию тока согласно

чем автоматически удовлетворяется уравнение непрерывности (39,6).

Будем решать уравнение (80,2) последовательными приближениями по малой величине -амплитуде колебаний скорости газа в звуковой волне. В первом приближении пренебрегаем квадратичными членами полностью. Решение уравнения

удовлетворяющее требуемым условиям при есть

где

Соответствующая функция тока (удовлетворяющая условию ) при эквивалентному условию есть

В следующем приближении пишем и для скорости получаем из (80,2) уравнение

В правой стороне имеются члены с частотами . Последние приводят к появлению в не зависящих от времени членов, которые и описывают интересующее нас стационарное движение; ниже мы будем понимать под только эту часть скорости. Соответствующую часть функции тока пишем в виде

и для функции находим уравнение

где штрихи рзначают дифференцирование по у.

Решение этого уравнения должно удовлетворять условиям эквивалентным требованию на твердой поверхности. Что же касается условий вдали от стенки, то можно лишь потребовать, чтобы скорость стремилась к конечному значению (но не к нулю). Подстановка (80,5) в (80,8) и двукратное интегрирование приводят к следующему результату для производной

При она стремится к значению

чему отвечает скорость

(80,10)

Этот результат демонстрирует указанное в начале параграфа явление. Мы видим, что вне пограничного слоя возникает (во втором приближении по ) стационарное движение, скорость которого не зависит от вязкости. Ее значение (80,10) служит граничным условием при определении акустического течения в основной области движения (см. задачу).

Задача

Определить акустическое течение в пространстве между двумя плоско-параллельными стенками (плоскости ), в котором имеется стоячая звуковая волна (80,3). Расстояние h между плоскостями (играющее роль характерной длины l) удовлетворяет условиям (80,1) (Rayleigh, 1883).

Решение. Ввиду малости скорости искомого стационарного движения по сравнению со скоростью звука, его можно считать несжимаемым. Более того, ввиду предполагаемой сколь угодной малости скорости в звуковой волне (а вместе с ней и скорости в Уравнении движения можно пренебречь квадратичными членами.

Тогда уравнение (15,12) для функции тока сводится к уравнению

(отметим, что оно возникает из члена с вязкостью, но сама вязкость из него выпадает). Ищем в виде (80,7). Ввиду условия производные по у велики по сравнению с производными по пренебрегая последними, получим для функции уравнение

Ввиду очевидной симметрии задачи, течение симметрично относительно плоскости Это значит, что

для чего должно быть

Таким решением уравнения (1) является

Постоянные А и В определяются граничными условиями

В результате находим для функции тока выражение

а из него следующие окончательные формулы для распределения скоростей!

Скорость v меняет знак на расстоянии от стенки.

Описываемое этими формулами течение состоит из двух рядов вихрей, симметрично расположенных относительно серединной плоскости и периодичных вдоль оси с периодом

1
Оглавление
email@scask.ru