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.
В монографии обобщены результаты исследования некоторых гравитационно-чувствительных механизмов и систем, представляющих интерес для технических и технологических приложений в условиях космического полета.
Рассматривается конвекция гравитационного и негравитационного типов при различных микроускорениях, включая предельный случай теоретической невесомости. Изучаются модели конвективных процессов при росте кристаллов, эллипсических структур и разделении биологических веществ методом электрофореза, сравниваются альтернативные невесомости методы управления конвективными процессами.
Для специалистов в области механики жидкости и газа, космического материаловедения и биотехнологии.
Книга посвящена математическому изучению поведения жидкости в условиях полной или частичной невесомости, которые реализуются при космических полетах, когда силы поверхностного натяжения и самогравитации порождают специфические эффекты.
В книге изучаются формы равновесных состояний жидкости, условия устойчивости этих состояний и характер их распада (вётвления) при потере устойчивости; частоты и формы малых колебаний идеальной и вязкой жидкости, условия возникновения и формы самогравитационной и термокапиллярной конвекции.
Книга рассчитана на специалистов в области гидромеханики, космического полета, математической физики и прикладной математики, а также на аспирантов и студентов.
В гл. 2 было разъяснено общее понятие случайного поля и были введены основные статистические характеристики таких полей — их средние значения и корреляционные функции различных порядков.
Этого было достаточно для рассмотрения простейших свойств турбулентных течений, составившего содержание гл. 3—5. Однако исследование некоторых более тонких свойств турбулентности требует введения ряда новых математических понятий, описанию которых и будет посвящена настоящая глава.
Теория турбулентности, рассматриваемая в этой книге, исходит из макроскопического описания течений жидкостей и газов, как непрерывных сред, на основе классических уравнений гидромеханики. Но в отличие от обычной гидромеханики теория турбулентности изучает не индивидуальные особенности течений, а статистические свойства ансамблей течений при макроскопически одинаковых внешних условиях.
Поэтому мы и озаглавили эту книгу «Статистическая гидромеханика». Однако следует иметь в виду, что такие вопросы, как вывод макроскопических уравнений гидромеханики из статистических законов кинетической теории газов, к которым иногда также относят это название, в нашей книге излагаться не будут.
Теория струй идеальной жидкости посвящена изучению течений, ограниченных частично твердыми стенками и частично свободными поверхностями, на которых давление р постоянно.
К 1947 г. теория струй насчитывала почти пятьдесят лет своего существования. Она была создана трудами крупнейших гидродинамиков — в первую очередь Г. Гельмгольца, Г. Кирхгофа, Дж. В. Стретта (лорда Рэйли), Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, Т. Леви-Чивиты, А. Вилля и др.
Теория струй содержала красивые математические решения широкого класса гидродинамических задач, однако считалось (например, В. Томсоном, Г. Ламбом), что единственными приложениями теории струй являются решения задач об истечении жидкости из сосудов. В подтверждение такого рода возражений против теории приводились некоторые экспериментальные данные, показывающие несоответствие теоретических расчетов с опытами.
Предлагаемый курс современной гидродинамики написан на высоком теоретическом уровне. По энциклопедичности содержания и систематичности изложения книгу М. Милна-Томсона можно сравнить со всемирно известным трудом Г. Ламба «Гидродинамика», вышедшим в русском переводе в 1947 г. В то же время она выгодно отличается от книги Ламба новизной материала.
Книга Милна-Томсона будет служить весьма ценным учебником по гидродинамике, причем для его понимания не требуется специальной подготовки. В частности, автор приводит непосредственно в тексте все необходимые для изучения динамики математические сведения. Большую ценность представляют также задачи различной степени трудности, сопровождающие каждую главу; таких задач в книге около 600.
Книга рассчитана на преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов университетов и инженерно-физических вузов. В то же время она представляет интерес и для научных работников и инженеров, занимающихся вопросами гидродинамики.
В монографии рассматриваются вопросы движения газо-жидкостных смесей в трубах. Для обоснования различных положений в гл. 1 выводятся общие уравнения гидродинамики двухфазных жидкостей. Из этих уравнений получен ряд точных решений и критериев подобия.
В гл. 3 для определения основных гидравлических характеристик течения двухфазных жидкостей в трубах применяется метод исследования турбулентного движения.
В гл. 4—8 содержатся экспериментальные исследования, проведенные авторами, а также обсуждение результатов других работ.
Экспериментальные исследования построены в критериальной форме, что дает возможность распространить их результаты на натурные объекты. Получены зависимости для определения устойчивости потоков, сопротивления и истинного газосодержания. Результаты исследований представлены в виде удобном для инженерного расчета, а разработанная программа может быть использована проектными организациями.
Необходимость в актуализации трубации материала, отражающего вопросы движения газо-жидкостных смесей, назрела давно. Это объясняется, с одной стороны, возрастанием объемов добычи, сбора и транспорта нефти и газа (механическая и конденсатная), с другой – расширением области применения данных исследований в смежных разделах областях техники и химической, котельной, ракетной пр.
Монография будет полезна инженерам и научным работникам, интересующимся теоретическими аспектами проблемы или ее практической стороной.
В основу настоящего курса положены лекции, читанные автором в Ленинградском политехническом институте им. М.И. Калинина.
Название книги подчеркивает, что содержание этих лекций является естественным продолжением общего курса теоретической механики и не претендует на удовлетворение специализированных программ авиационных, судостроительных, машиностроительных и других вузов. В наше время техника каждый день выдвигает перед механикой жидкости и газа новые и разнообразные задачи, требуя от инженера умения самостоятельно и творчески применять самые разнохарактерные как теоретические, так и экспериментальные приемы для их решения.
Опыт многолетнего общения автора с лицами, занимающимися практическими применения гидродинамики, показывает, что главной причиной встречающихся у них затруднений является по большей части не столько отсутствие специальных знаний, сколько недостаточное понимание общих физических основ.
Физико-химическая гидродинамика является новым направлением исследований, которое возникло на стыке физики и химии. Она изучает круг вопросов, связанных как с влиянием движения жидкостей на химические или физико-химические превращения, так и с влиянием физико-химических факторов на движение жидкостей.
Во второе издание книги (первое издание вышло в 1952 г.) включено рассмотрение ряда новых вопросов теории теплопередачи, теории движения и теории дробления капель, пузырьков и струй; дальнейшее развитие получила теория вращающегося дискового электродиа, который в последнее время приобрел большое значение для нужд физико-химических исследований.
Книга предназначена для научных работников и аспирантов физиков, физико-химиков и химиков, а также студентов старших курсов, специализирующихся в области теоретической физики и физической химии.
