Механика газов. Аэродинамика. Физика плазмы

В данном учебно-методическом пособии представлены основные разделы теории колебаний. Изложены базовые теоретические модели и разобран широкий спектр методик решения задач в данной области. В качестве примеров практического использования описанных методов и моделей приводятся задачи из различных разделов физики, химии, биологии, экологии и экономики, что дает возможность научиться решать практически важные задачи. Отдельное внимание уделяется проблемам, связанным с наблюдаемыми осцилляциями в солнечной плазме. Подготовлено на кафедре физики.

В данном учебно-методическом пособии представлены основные разделы теории волн. Изложены базовые теоретические модели и разобран широкий спектр методик решения задач в данной области. В качестве примеров практического использования описанных методов и моделей приводятся задачи из различных разделов физики, что дает возможность научиться решать практически важные задачи. Отдельное внимание уделяется проблемам, связанным с волнами в солнечной и космической плазме. Подготовлено на кафедре физики Самарского университета.

В учебном пособии изложены теоретические и прикладные вопросы аэродинамики и динамики полета самолетов и вертолетов гражданской авиации. Основное внимание уделено объяснению физической сущности явлений и процессов, в наибольшей мере влияющих на безопасность полета. Рассмотрены основные режимы полета воздушных судов, их летно-технические характеристики, характеристики устойчивости, управляемости и балансировки, влияние на них эксплуатационных факторов и особые случаи в полете. Даны конкретные рекомендации пилоту по влиянию различных факторов на летные ограничения и обеспечение безопасности полета. Особо следует отметить хорошо освещенные и важные вопросы наземного и технического обслуживания воздушных судов, а также вопросы метеорологического обеспечения полетов гражданской авиации.

В учебном пособии описаны методы и средства, используемые при исследовании быстропротекающих процессов. Первый раздел содержит описание экспериментальных исследовательских комплексов, таких как ударные трубы, открытые полигоны, взрывные камеры и баллистические трассы. Описаны также основные понятия системы безопасности при проведении взрывных работ. Во втором разделе рассмотрены устройства взрывного и ударного нагружения для газодинамических экспериментов. Дано понятие начального импульса, описаны характеристики методов нагружения сред взрывом: падающей, уходящей, скользящей детонационной волной, нагружение пересжатой детонацией. Раздел содержит также схемы и характеристики устройств нагружения сред взрывом и ударом. В третьем разделе представлена измерительная и регистрирующая техника для исследования быстропротекающих процессов. Описаны наиболее употребительные датчики и измерительные преобразователи, устройства для оптических методов регистрации, лазерные и лазерно-доплеровские измерители-преобразователи для измерения волновых и массовых скоростей. Даны основные представления об импульсной рентгенографической технике. В четвертом разделе кратко описаны методы определения температуры и оптических свойств ударно-сжатых материалов. В пятом и шестом разделе рассмотрены относительно новые методы исследований быстропротекающих процессов, такие как микроволновая диагностика и использование синхротронного излучения.

Рассмотрены основные требования к вакуумным системам современных источников синхротронного излучения (СИ), особенности их проектирования и расчета. Основной акцент сделан на определяющую роль поверхности в сверхвысоковакуумных установках. Рассмотрены современные подходы к использованию компактных комбинированных насосов, распределенных насосов на основе геттерных материалов и покрытий в реализации эффективной откачки остаточных газов в протяженных вакуумных системах.

Рассмотрены перспективы развития технологий выделки кож из шкур рыб. Приведены результаты экспериментальных исследований процессов выделки кож из шкур лососевых рыб с применением плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления и модифицированной изопропиловым спиртом аминосмолы на основе карбамида. Представлены научно обоснованные решения проблем кожевенных предприятий по разработке технологий выделки галантерейных кож и кож для верха обуви с улучшенными эксплуатационными и эстетическими свойствами из шкур рыб.

Ежедневно мы пропускаем через легкие до 40 килограммов воздуха. Мы сможем обойтись без него лишь несколько минут, но редко задумываемся, из чего состоит воздух и откуда он взялся. Что такое «чистый воздух» и можно ли дышать кожей? Почему нельзя сушить белье в квартире и использовать термальную воду в самолете? А как успокоиться при помощи дыхания? Спросите у профессионалов! Наталья Голубева работает с воздухом каждый день, она — инженер-проектировщик вентиляции. В своей книге Наталья объясняет, откуда на Земле взялась атмосфера и из чего она состоит, как состав воздуха влияет на наше самочувствие, можно ли управлять погодой и для чего нужен углекислый газ. Это увлекательная книга-энциклопедия, полная удивительных фактов о воздухе и тех, кто им дышит. Прочитав ее, вы не только расширите кругозор, но и сможете улучшить качество жизни.

Изложены основные теоретические положения, рассмотрены расчетные соотношения истечения идеального и реального газов и паров из комбинированного конусного сопла Лаваля. Приведено описание пакета CoolPack, позволяющего рассчитывать и определять параметры узловых точек процессов истечения газов и паров, а также физико-химические и теплофизические свойства газов и паров в широком диапазоне температур и давлений. Представлены варианты расчетных заданий, справочные материалы и образец оформления отчета по курсовой работе с использованием табличного процессора Excel.

Рассмотрены основные теоретические положения по газовой динамике сплошных и разреженных сред, а также расчетные и конструктивные решения по вакуумным насосам и компрессорам. Содержит девять лабораторных работ: по измерению параметров воздушного потока, исследованию параметров потока газа и потерь в плоском диффузоре, измерению на типовой вакуумной установке, измерению длины свободного пробега атомов паров металла при пониженных давлениях, а также по исследованию работы и снятию основных характеристик водоструйных, водокольцевых, пластинчато-роторных и мембранных компрессоров и вакуумных насосов.

Рассмотрены назначение и сущность процессов осветления в производстве кожи и меха, представлен обзор и анализ новых химических материалов и методов, применяемых в процессах осветления и крашения. Проведен анализ возможности применения высокочастотной плазменной обработки в данных процессах с целью модификации волосяного покрова, а также кожевенного полуфабриката.

В данной книге подробно рассмотрены особенности движения самолета на основных этапах его полета: взлете, наборе высоты, крейсерском полете, вираже, снижении и посадке. В доступной и простой форме изложены вопросы устойчивости, управляемости и балансировки самолета в продольном и боковом каналах.

Пособие знакомит с основами программирования в программном комплексе MatLab. С использованием большого числа примеров рассмотрены все базовые конструкции языка, необходимые для составления программ численного решения задач на основе несложных математических моделей. Приведены подробные описания примеров программ для решения некоторых задач, рассматриваемых в курсе физики взрыва и удара.

Пособие посвящено основам работы в пакете FlexPDE, который предназначен для построения численных решений дифференциальных уравнений в частных производных с помощью метода конечных элементов. Описаны основные разделы типовой программы. Для демонстрации и эффективного освоения базового функционала пакета представлены примеры скриптов и задания для самостоятельной работы.

Предложен системный подход к разработке конструкции электродугового генератора плазмы — плазмотрона. Приведены примеры конструкций плазмотронов различных схем и назначения. Представлена методика расчета основных характеристик плазмотрона, предложена его универсальная схемная модель.

Учебное пособие дополняет курсы лекций по дисциплинам «Теоретическая механика», «Аналитическая механика», которые изучаются в рамках основной образовательной программы подготовки бакалавров, специалистов и соответствуют новым образовательным стандартам МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рассмотрены движение материальной точки и пушечного ядра (без угловой скорости), плоское движение классического артиллерийского снаряда и спускаемого аппарата (баллистической капсулы и аппаратов скользящего спуска). Большое внимание уделено переходу между системами координат и математическому аппарату описания движения вокруг центра масс с использованием параметров Родрига — Гамильтона.

Эту занятную книгу никак не назовёшь учебником физики, хотя в ней, как и положено добропорядочному учебнику, вводятся основные понятия классической механики. Каждая глава книги начинается комиксами, а заканчивается повторением и уточнением полученных знаний. Вместо сухих формул и примитивных примеров здесь герои книги решают свои «животрепещущие» проблемы. Симпатичный призёр олимпиады по физике Риота объясняет своей однокласснице-спортсменке и неисправимой фантазёрке Мегуми, почему ей не удаётся игра в теннис. Тогда-то и выясняется, что игра в теннис, прыжки в высоту, езда на велосипеде, — везде снуют эти «странные парни» из учебника физики — сила, импульс, энергия и др. Так ненавязчиво ты вместе с Мегуми узнаешь о повсеместном влиянии законов движения и закона всемирного тяготения Ньютона, закона сохранения импульса, закона сохранения энергии. Ты познакомишься с векторами, векторными диаграммами и их свойствами, со способами передвижения в космосе, с методами расчёта расстояний с помощью графиков, при этом ты, возможно неожиданно для себя обнаружишь, что, оказывается, умеешь вычислять интегралы.

Издание содержит варианты расчетных индивидуальных заданий по физике и может использоваться в качестве индивидуальных заданий для самостоятельной работы студентов. Все задания сопровождаются подробными указаниями по их выполнению и оформлению, охватывают разделы курса «Физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики».

Освещаются вопросы моделирования плазменного воздействия на трикотажные материалы на основе природных целлюлозных волокон. Приведен обзор плазменных технологий в отделке хлопчатобумажных и льняных текстильных материалов. Предложена физическая модель воздействия неравновесной низкотемпературной плазмы на целлюлозосодержащие трикотажные материалы, приведены результаты математического моделирования воздействия плазмы на парафиновый слой целлюлозного волокна, представлен обширный экспериментальный материал.

В учебном пособии приведены теоретические основы атомной и молекулярной спектроскопии водородной плазмы, методики спектроскопических измерений и описание аппаратуры, используемой для диагностики высокотемпературной плазмы.

Пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами модуля 1 дисциплины «Физика». Рассмотрены теоретические основы следующих разделов физики: кинематика, динамика, колебания, волны, элементы специальной теории относительности. Приведены базовые понятия и определения. В каждом разделе даны примеры решения тематических задач и задачи для самостоятельного решения.

Представлены материалы по применению метода крутильных колебаний при определении момента инерции тел, для которых аналитический способ вычисления этой динамической характеристики сложен или невозможен. При выполнении работы можно наглядно увидеть причину систематической погрешности и оценить ее значение. Эксперимент выполняется на современном оборудовании фирмы Phywe.

Сборник содержит 200 количественных и качественных заданий разной сложности по 20 разделам курса общей физики «Механика. Механические колебания и волны». На основе предложенных задач сформированы тестовые задания по проверке остаточных знаний. Для каждого студента компьютерная программа методом случайной выборки составляет вариант для тестирования, содержащий 20 тестов по 20 разделам.

Издание посвящено изучению физических процессов, протекающих в рабочей камере высокочастотного разряда низкого давления геликонного типа и в коаксиальном магнитоплазменном ускорителе. Сформулирована приближенная математическая модель физических процессов в геликонном источнике низкотемпературной разреженной плазмы, которая позволяет решить самосогласованную задачу нахождения математических связей между вкладываемой мощностью, параметрами плазмы и электромагнитными полями, возбуждаемыми в цилиндрически симметричном высокочастотном источнике плазмы. Построена приближенная математическая модель импульсного коаксиального магнитоплазменного ускорителя, позволяющая выполнить расчет его основных электрофизических характеристик.

Описана методика расчета термодинамических параметров плазмы в широком диапазоне изменений температуры и давления. Даны краткие теоретические сведения в помощь к выполнению курсового проекта, приведены пример расчета и необходимый справочный материал.

Рассмотрена методика газодинамического расчета и выбора рациональных параметров газовой метательной установки на основе решения баллистической задачи Лагранжа в рамках выполнения курсовой работы по дисциплине «Газовая динамика». Кратко изложены основы газодинамического описания разгона тел сжатым газом, представлены методы численного решения прямой задачи газодинамического разгона тела в трубе. Приведены задача баллистического проектирования установки на сжатом газе и методика ее решения. Даны методические рекомендации по выполнению курсовой работы и варианты заданий.

Представлена первая часть курса «Газовая динамика» (первый семестр). Изложены вопросы, касающиеся термодинамических свойств газов, одномерных стационарных и нестационарных течений. Рассмотрены основные термодинамические свойства газов, существенные для газовой динамики; теория одномерных стационарных течений в каналах переменного сечения, в том числе в соплах реактивных двигателей; теория прямого скачка уплотнения; теория одномерных нестационарных движений с образованием ударных волн и волн разрежения; задача о вылете тела под действием сжатого газа и основные аналитические и численные методы ее решения.

Издание содержит необходимый минимум теоретических сведений и расчетных соотношений для выполнения и защиты домашнего задания по теме «Одномерное стационарное течение» по курсу дисциплины «Механика жидкости и газа. Часть 2». Приведены пример выполнения домашнего задания, а также требования к его оформлению и список контрольных вопросов. Пособие включает справочные материалы о физических свойствах распространенных газовых сред, параметры стандартной атмосферы, а также газодинамические функции в графическом и табличном виде.

Описан эффект Ранка, разработаны физическая и математическая модели рабочего процесса вихревой трубы. Доказано, что количество удельной работы, совершаемой осевыми слоями газа над периферийными в вихревой трубе, определяется полной температурой подогретого потока, отношением полных давлений подогретого и охлажденного потоков газа, а также их теплофизическими свойствами.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, изучающих курс общей физики, которые могут проконтролировать усвоение изучаемого материала по физике тепловых явлений в газах, жидкостях и твердых телах. Пособие может быть использовано при подготовке студентов к коллоквиумам и экзаменам, прохождению контрольных тестов в конце семестров, а также при аттестации и аккредитации университета.

Представлены результаты экспериментального и численного исследования динамических и тепловых характеристик дозвуковых отрывных потоков, образующихся за различными преградами. Рассмотрены картины обтекания обратной ступеньки, одиночного ребра и прямоугольной каверны, являющиеся в настоящее время классическими задачами аэрогидродинамики и тепломассопереноса. Последовательно изучены более сложные случаи развития отрывных течений за преградами: обтекание ребра и системы ребер, расположенных под разными углами к направлению потока, ступеньки со скошенной обратной стенкой, каверн с наклонными стенками, а также отсоединенных ребер. Исследовано влияние различных факторов на динамику отрывного течения и турбулентный теплообмен.

Монография посвящена линейной задаче о возмущениях ударной волны. Эта задача имеет долгую историю и может считаться классической. В данной работе предлагается сравнительно новый метод построения решения задачи, в основе которого лежит применение преобразования Фурье сразу по всем переменным. Это преобразование переводит задачу в алгебраическую, что позволяет выписать решение задачи в явном виде, проанализировать с помощью современных математических методов его структуру, качественные свойства, уточнить некоторые известные результаты теории ударных волн и получить новые результаты.

В учебном пособии даны условия заданий, а также кратко излагается теоретический материал, необходимый для получения практических навыков решения задач динамики полета летательных аппаратов. Основная часть заданий скомпонована по главам аналогично соответствующим разделам ранее изданного учебного пособия «Динамика полета». Ч. 1. Ч. 2. Кроме того, в работе приводится содержание курсового проекта и трех практических работ по динамике полета.

Рассмотрены базовые теоретические вопросы гидрогазодинамики. Приведены основные уравнения газовой динамики. Описаны аналитические решения для течений с простыми и ударными волнами, возникающими при движении поршня в трубе с идеальным газом, и для задачи о распаде разрыва.

Рассмотрены основные понятия аэродинамики воздушного винта и кратко изложены теории изолированного элемента лопасти, идеальных пропеллера и винта, теории Сабинина–Юрьева и Жуковского. Описаны экспериментальные методы исследований. Даны рекомендации по подбору винта к летательному аппарату и по его компоновке. В приложении содержатся необходимые методические материалы для лабораторной работы «Экспериментальное определение характеристик воздушных винтов».

Основная цель курса — формирование теоретической основы знаний и навыков на материале классических проблем гидро- и газодинамики для математического моделирования процессов, связанных с интенсивным движением жидких и газообразных сред. Выполнение заданий, приведенных в последнем разделе курса лекций для каждой части, поможет овладеть навыками решения стандартных и нестандартных проблем.

Разработан состав вспучивающегося антипирена на основе пентаэритрита, диаммоний фосфата и карбамида, придающий высокие огнестойкие свойства текстильным материалам и не снижающий эксплуатационные характеристики. Определены режимы плазменного воздействия на текстильные материалы летнего и зимнего ассортимента, позволяющие активировать поверхность текстильных волокон и придать им гидрофильные свойства. Впервые разработан текстильный материал летнего и зимнего ассортимента с высокими огнестойкими и эксплуатационными свойствами путем модификации потоком плазмы ВЧ разряда пониженного давления с последующим нанесением вспучивающегося антипирена с добавлением акриловой эмульсии.

Представлены результаты разработки научно-технологических основ регулирования формоустойчивости заготовки верха обуви из натуральной кожи шкур КРС различных сортов за счет применения ВЧ-плазмы пониженного давления на разных стадиях технологического процесса ее производства.

Основная цель курса — формирование теоретической основы знаний и навыков на материале классических проблем гидро- и газодинамики для математического моделирования процессов, связанных с интенсивным движением жидких и газообразных сред. Выполнение заданий, приведенных в последнем разделе курса лекций для каждой части, поможет овладеть навыками решения стандартных и нестандартных проблем.

В учебно-методическом пособии представлены основные положения теплотехнического расчета ограждающих конструкций, гидравлики и аэродинамики систем теплогазоснабжения и вентиляции с использованием нормативных и справочных материалов, а также принципы конструирования систем отопления и естественной вентиляции жилых зданий. Даны рекомендации для подготовки к практическим занятиям и самостоятельной работе обучающихся.

В учебном пособии изложены элементы газодинамики, необходимые для понимания сущности теплофизических процессов, происходящих в судовых энергетических установках, и выполнения теплофизических расчетов. Рассмотрены общие закономерности движения потоков сжимаемой среды, движение газов и пара в трубах и соплах, а также особенности обтекания газовым потоком одиночного профиля и решетки профилей.

Рассматриваются основные вопросы, связанные с аэродинамикой зданий и сооружений, характеристики экспериментального оборудования, основы проведения испытаний в аэродинамических трубах, а также основные программные пакеты, предназначенные для численного моделирования, и их особенности на примере мультизадачного комплекса ANSYS CFX.

В монографии решается актуальная научная задача разработки метода оценки влияния распределения электронной концентрации в ионосфере на достоверность некогерентного приема сигналов в однолучевых и двухлучевых ДКМ каналов связи.

Представлены результаты математического моделирования двумерных стационарных сверхзвуковых течений со схематизацией (выделением) скачков уплотнения и других газодинамических особенностей. Дискретно-аналитические алгоритмы могут использоваться при конструировании и оптимизации устройств, энергетических установок с ударными газодинамическими процессами.

Учебное пособие состоит из двух томов. Во втором томе рассмотрены технологические процессы хранения и распределения углеводородных ресурсов на объектах нефтегазотранспортных предприятий. Приведены краткие теоретические сведения о хранении и распределении углеводородного сырья, даны к ним примеры решения инженерных задач. Описаны особенности эксплуатации промысловых систем сбора и подготовки нефти и газа. Показаны типовые расчеты процессов в данных системах. Отдельно рассмотрены вопросы сооружения и реконструкции нефтегазовых объектов, даны рекомендации по выбору и расчету средств защиты подземных сооружений от коррозии.

В первой части учебного пособия изложены наиболее важные понятия, теоремы, уравнения кинематики и динамики сплошной среды, с их использованием записаны полные системы уравнений движения для основных моделей жидких и газообразных сред: идеальных и линейно-вязких (ньютоновских) жидкостей и газов. В частности, выведены уравнения Эйлера и уравнения Навье — Стокса, рассчитана мощность внутренних поверхностных сил и выписано уравнение притока тепла, освещен вопрос диссипации механической энергии с учетом как сдвиговой, так и объемной вязкости, рассмотрены начальные и граничные условия, используемые при решении уравнений движения.

В данной монографии изложены современные методы расчета упорных и радиальных газостатических подшипников с дискретным наддувом через круглые отверстия. Особое внимание уделено изложению новых схем расчета, существенно отличающихся от нашедших широкое применение в практике схем непрерывно распространенного наддува и линий непрерывного наддува и значительно повышающих точность расчетов интегральных характеристик газостатических опор.

В пособии на современном уровне рассматриваются элементарные процессы в газоразрядной плазме и её параметры, свойства разрядов различных типов, их устойчивость. Особое внимание уделяется качественной стороне явлений. Кратко рассмотрены важнейшие приложения современной физики газового разряда: процессы в газоразрядных лазерах, газоразрядных источниках света, в том числе люминесцентных, газоразрядных плазменных индикаторных панелях и др. Пособие призвано помочь студенту в освоении теоретического материала лекционного курса «Газовый разряд в фотонике и оптоинформатике», а также в самостоятельной работе по решению задач.

В пособии дается описание лабораторных работ практикума по физическим основам вакуумной техники, при выполнении которого студенты знакомятся с кинетикой различных молекулярных процессов в вакууме, с основными принципами получения и измерения малых давлений, а также основными принципами вакуумной тонкопленочной технологии.

Разработан метод расчета полуширины отдельных спектральных линий газов. Определены вероятности вращательно-поступательного обмена энергией при столкновениях молекул СО, HCL, NH3, CH4 при комнатной температуре и СО - при температурах до 1500 К с атомами и молекулами уширяющих линию газов. Обоснованы гипотеза прилипания и парадокс Кнудсена.

Рассмотрена математическая и численная модель задачи обтекания цилиндрического зонда потоком столкновительной плазмы, истекающим из технологического плазмотрона. Представлен набор теоретических вольт-амперных характеристик, который можно использовать для обработки зондовых экспериментов. Приведены оригинальные зондовые методики обработки результатов натурных зондовых экспериментов в случае столкновительной плазмы