Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система
Доклады Академии Наук

Доклады Академии Наук №6 2017 (611,00 руб.)

0   0
Страниц258
ID557894
АннотацияОдин из крупнейших в мире научных журналов, орган Президиума Российской академии наук. Основное назначение журнала – прежде всего в публикации сообщений о крупных научных исследованиях, имеющих приоритетный характер, и оригинальных, нигде ранее не опубликованных исследованиях в области физико-математических, технических, геологических и биологических наук.
Доклады Академии Наук .— Москва : НАУКА, 1922 .— 2017 .— №6 .— 258 с. — URL: https://rucont.ru/efd/557894 (дата обращения: 27.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Изучим алгебры симмeтрий системы уравнений Навье–Стокса в их зависимости от термодинамических состояний. <...> Геометрическая часть алгебры симметрий представлена группой движений, преобразованиями Галилея и сдвигами вдоль оси времени. <...> Рассмотрим классификацию термодинамических состояний и соответствующих алгебр Ли для случаев, когда термодинамические состояния допускают одномерную или двумерную алгебры симметрий. <...> Для этого рассмотрим одно- и двумерную подалгебры Ли в алгебре h и опишем ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 473 № 6 2017 где FF s =−λ λ ρ      лены ниже. <...> Найдена параметризация геодезических, множество разреза, уравнения для времени разреза. <...> При стремлении одного из собственных значений метрики к бесконечности время разреза и множество разреза сходятся к времени разреза и множеству разреза в субримановой задаче. <...> Множество разреза левоинвариантной римановой метрики на G с собственными значениями = II 640 12, >I 03 есть: (1) для G =PSI( R) , – Введём некоторые обозначения. <...> 646–649 ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА УДК 536.4 ИНИЦИИРОВАНИЕ ГОРЕНИЯ КАПЛИ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ © 2017 г. Академик РАН В. Е. <...> Сыродой2 Поступило 28.10.2016 г. С использованием экспериментального стенда, основной частью которого является вихревая камера сгорания, установлены характеристики инициирования горения одиночных капель типичного органоводоугольного топлива (ОВУТ). <...> В результате анализа установлено, что в условиях процессов, протекающих в топках котлов, интенсивность инициирования горения ОВУТ существенно (в 2–4 раза) выше, чем для капель, неподвижно закрепленных или свободно витающих в потоке разогретого воздуха. <...> Возможным альтернативным решением проблемы является замена топочного мазута на органоводоугольные топлива (ОВУТ), которые по результатам исследований [3, 4] характеризуются повышенными экологическими и эксплуатационными показателями. <...> Развитие технологий применения ОВУТ на практике невозможно <...>
Доклады_Академии_Наук_№6_2017.pdf
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2017, том 473, № 6, с. 635–639 МАТЕМАТИКА УДК 517.957 КЛАССИФИКАЦИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ © 2017 г. А. А. Дуюнова1, *, В. В. Лычагин1, 2, С. Н. Тычков1 Представлено академиком РАН С.Н. Васильевым 26.12.2016 г. Поступило 13.01.2017 г. В работе даётся классификация уравнений состояний для вязкой жидкости (или газа), описываемой системой дифференциальных уравнений Навье–Стокса. Классификация основывается на анализе симметрий, допускаемых системой. DOI: 10.7868/S0869565217120015 Рассмотрим течения вязких жидкостей в трёхмерном пространстве, описываемые следующей системой дифференциальных уравнений: ρ=−+η∆ +ζ+η  D Dt grad p   Dρ +ρ =, Dt T Ds Dt kT Здесь =, ,uu u12 3 – поле скоростей жидкости, u () p, ρ, s, T – давление, плотность, удельная энтропия и температура соответственно, а тензор σ=η ∂ ∂ +∂ ij       u x i j Df Dt ∂ −δ ∂ ij u x j i ∂ +⋅ f t 2 3 ∂ u x k k      u grad f +ζδ ∂  ij ∂ есть тензор вязких напряжений среды, и = ∂ есть материальная производная. Предполагается, что коэффициенты теплопроводности k и вязкости ζ и η постоянны. Отметим, что первое уравнение системы (1) – это трёхмерное уравнение Навье–Стокса, второе – уравнение непрерывности, а третье – уравнение теплопроводности [1]. Прежде всего заметим, что система (1) не замкнута. Для её замыкания необходимы ещё два 1 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской Академии наук, Москва 2 University of Tromso, Norway *E-mail: duyunova_anna@mail.ru u x k k ρ= ∆+σ ∂ ∂ . div0 ij u x i j u uu u 3 grad(div ),      (1) соотношения, которые могут быть получены из термодинамических свойств среды. Как правило, из-за недостатка уравнений состояния жидких сред при решении задач гидродинамики для замыкания системы уравнений используются различные упрощения и гипотезы (несжимаемость, изоэнтропичность), применение которых не всегда корректно. Подход, используемый в данной работе, заключается в применении аппарата дифференциальной геометрии к классификации уравнений состояний с точки зрения допускаемых ими симметрий, действующих в пространстве термодинамических переменных. Полученные таким образом уравнения состояния можно использовать для аппроксимации экспериментальных данных и отыскания симметрий, допускаемых реальной жидкой средой, которые также можно использовать для редукции системы уравнений Навье–Стокса. Изучим алгебры симмeтрий системы уравнений Навье–Стокса в их зависимости от термодинамических состояний. Алгебра симметрий состоит из чисто геометрической и термодинамической частей. Геометрическая часть алгебры симметрий представлена группой движений, преобразованиями Галилея и сдвигами вдоль оси времени. Термодинамическая часть напрямую зависит от симметрий термодинамических состояний. Рассмотрим классификацию термодинамических состояний и соответствующих алгебр Ли для случаев, когда термодинамические состояния допускают одномерную или двумерную алгебры симметрий. Подробный обзор уравнений термодинамических состояний, полученных экспериментальными методами, можно найти в [5]. 635
Стр.1
636 ДУЮНОВА и др. Для описания термодинамических состояний рассмотрим пятимерное контактное многообразие R5, снабжённое координатами (p, ρ, s, T, ε) и контактной 1-формой θ= ε− −dT ρ. ρ ds p d2 Уравнение состояния ε=ερ, s (), в котором удельная внутренняя энергия ε является функцией плотности ρ и удельной энтропии s, задаёт двумерное лежандрово многообразие L в R5: ε=ερ,, = ∂ε ∂ ,=ρ ∂ε () sT s p 2 ∂ρ, являющееся интегральным многообразием контактной формы θ. Иначе говоря, на многообразии L выполняется первый закон термодинамики [2]: θ=0.L стоянием понимается 2-мерное лежандрово многообразие ⊂L В общем случае под термодинамическим соR5. Заметим также, что удельная внутренняя энергия ε не входит в число неизвестных функций в системе (1). Чтобы исключить её из описания термодинамического состояния, рассмотрим проекцию RR φ→ φ: psTp sT . :, ,ρ,, ,ε  ,ρ,, LL 54 () () Ограничение отображения φ на поверхность состояния L является локальным диффеоморфизпогружённым лагранжевым многообразием в четырёхмерном симплектическом пространстве R4 со структурной формой Ω= ∧+ρρ∧.− ds dT ddp 2 Отметим, что удельную внутреннюю энергию ε можно восстановить с точностью до константы, зная лагранжево многообразие L. можно определить как лагранжево многообразие в симплектическом пространстве (). ,Ω Двумерная поверхность L задается уравнениями ,ρ,, =, ,ρ,, =, Fp sT Gp sT () 0 () 0 (2) а условие того, что поверхность L лагранжева, может быть выражено следующим образом: Таким образом, термодинамическое состояние R4 [] L0на ,= , FG плектической формы Ω, т.е. ,Ω =∧ ∧Ω. [] 2 FG dF dG [] 2 Системой уравнений Навье–Стокса называетFG В координатах (p, ρ, s, T) эта скобка имеет вид ,=ρ ∂      ∂ρ FG p ∂ ∂ −∂ ∂ F p ∂  ∂ρ  GF s   +∂  ∂ ∂ ∂ −∂ G T ∂ F T ∂ ∂ . G s ся система уравнений (1), дополненная лагранжевой поверхностью ⊂L 4R или двумя уравнениями состояния (2), удовлетворяющими соотношению (3). Заметим, что условие ,= Fs s Gs s           2 2 ρ ∂ε ∂ρ,ρ,, ∂ε ρ ∂ε ∂ρ,ρ,, ∂ε ∂ =,     ∂ =.     0 0 Таким образом, система уравнений Навье– Стокса – это система (1), дополненная уравнениями состояния (2), где функции F и G удовлетворяют дополнительному соотношению (3). Геометрически мы представляем эту систему следующим образом. Пусть RRπ: →11 мом на образ =φ() , а поверхность ⊂L 4R – ()tx xx 12 31 23 вого порядка  ⊂π0 J .0 Обозначим  ⊂π1 J1  ⊂π2 J 2 мерное расслоение: π: ,, ,, ,, ,ρ,, ,, ,, . 4 – семиtx xx uu us pT () 12 3 Тогда система (2) определяет уравнение нулесистему порядка ≤ 1, полученную первым продолжением системы 0 и четвёртым уравнением (непрерывности) системы (1). Система дифференциальных уравнений порядка ≤ 2 состоит из первого продолжения системы 1 и всех уравнений второго порядка системы (1). Для порядков k ≥ 3 определим  ⊂πk J k как (k – 2)-е продолжение системы  .2 Симметрии системы уравнений Навье–Стокса являются точечными (см. [6]), т.е. порождаются векторными полями X в пространстве джетов J 0π такими, что их второе продолжение X (2) касается подмногообразия  ⊂π2 J .2 ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 473 № 6 2017 [] 0mod{0 0} FG FG =, = эквивалентно условию интегрируемости системы уравнений в частных производных (3) где FG ,[] – скобка Пуассона относительно сим
Стр.2
КЛАССИФИКАЦИЯ УРАВНЕНИЙ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЙ… Навье–Стокса рассмотрим алгебру Ли g, порождённую векторными полями на пространстве J 0π: Для описания алгебры Ли симметрий системы XX X Xx xu u Xx xu u Xx xu u Xt 11 78 9 10 Xt uu u pT 14 12 312 3 ρ tu uu pT 22 2 ρ =∂ +∂ ,= ∂+∂, =∂ +∂ , =∂,=∂, 12 3 42 12 1 53 23 2 61 31 3 xu Xt 22 11 Xx xx u uu 13 12 31 23 T T xu Xt xu XX X12 =∂ , =∂ +∂ +∂ +∂ + +∂ +∂ −ρ∂+ ∂, =∂ −∂ −∂ −∂ + +ρ∂− ∂− ∂. ts p xx xu uu 12 31 23 Обозначим через h алгебру Ли, порождённую векторными полями =∂,=∂, =ρ∂− ∂, YY YT Yp T 12 3 4 sp =∂ +∂ . pT ϑ= ρ∂+∂+∂ +∂ () () sp () T ρ T 33 =∂ ,=∂, =∂ , =− ∂+ ∂− ∂+ ∂, =− ∂+ ∂− ∂+ ∂, =− ∂+ ∂− ∂+ ∂, xx x xx uu xx uu xx uu 12 3 12 12 23 23 31 31 637 лагранжевы многообразия, инвариантные относительно этих подалгебр. Рассмотрим только случаи одно- и двумерных подалгебр, поскольку для алгебр Ли размерности 3 физически осмысленных инвариантных уравнений состояний нет. алгебре. Поверхность состояния ⊂L 4R лагранжева, Пусть вектор ∑ ii задаёт базис в этой 1 Начнём с размерности 1, m1. 4 di ht = ZY i =λ = т.е. Ω=| 0L , и векторное поле Z касается поверхности L тогда и только тогда, когда дифференциальная 1-форма ιΩ= λ Z ρ −λ+λ dp 3 42 2 p dTds() dT ρ ρ+ λ−λ+λ 34 1 обращается в ноль на L . Иначе говоря, поверхность L является решением следующей системы уравнений: Ω= , ιΩ =. () 0 L | Z Пусть ghϑ:  – гомоморфизм алгебр Ли, где Соотношения () ()XX ρ Xs Xp XT T и гебре Ли g, порождённый векторными полями X1, ..., X10. X ∈ g. Ядро гомоморфизма ϑ – это идеал gm в алh, которая сохраняет термодинамические состояния (2). Тогда верна следующая Пусть также ht – это подалгебра алгебры Ли системы уравнений Навье–Стокса совпадает с прообразом Те о р е м а 1. Алгебра Ли gshm симметрий ϑ. − ()1 ht Отметим, что обычно уравнениями состояния пренебрегают, и векторные поля вида f(t)∂p, где f – произвольная функция, рассматриваются как симметрии уравнений Навье–Стокса. В этом случае алгебра симметрий неполной системы Навье– Стокса является бесконечномерной. вида алгебра ht = 0 и алгебра симметрий совпадает с алгеброй gm. Также в случае уравнений состояния общего ских состояний (ср. [3]), т.е. лагранжевы многообразия Классифицируем уравнения термодинамичеL⊂ R ,4 в зависимости от алгебры симметрий hht ⊂ . Для этого рассмотрим одно- и двумерную подалгебры Ли в алгебре h и опишем ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 473 № 6 2017 где FF s =−λ λ ρ      лены ниже. 1 ln 3       есть произвольная гладкая функция. Особые случаи для коэффициентов λ перечис3 = ∂ε ρ, ∂ ,=ρ ∂ε ρ, () s s p получить два дифференциальных уравнения на удельную внутреннюю энергию ερ, s и последнее уравнение ιΩ =|() 0 позволяют (): Z λ ∂ε ∂ 2 1 λρ∂ε ∂ρ 2 2 s ss s 2 3 34 +λ ∂ε ∂∂ρ+λ −λ ∂ε 2 1 34 +λ ρ ∂ε ∂∂ρ+λ −λ ∂ε 2 () 0 ∂ =, (2 )0 ρ ∂ρ−λ 2 2 (4) =. Можно проверить, что скобка Майера [4] этих двух уравнений обращается в ноль, следовательно, сис тема формально интегрируема. Решая систему (4) для случая общих значений коэффициентов λ, находим выражения для давления и температуры: TF pF F   =ρ ,=ρ λ λ − λ λ 4 3 λ λ 4 3          ′′  4 1 3      − λ  1 3 λ −λ          λ , 2 4 (5) L |L 2 () ∂ρ s 0
Стр.3