Газова динаміка
Газова динаміка,розділ гідро-аеромеханіки, в якому вивчається рух газоподібних і рідких середовищ, що стискаються, та їх взаємодія з твердими тілами. Як частина фізики, газова динаміка пов'язана з термодинамікою та акустикою.
Властивість стисливості полягає у здатності речовини змінювати свій первісний обсяг під дією перепаду тиску або за зміни температури. Тому стисливість стає істотною лише за високих швидкостях руху середовища, порівнянних зі швидкістю поширення звуку у цьому середовищі і перевершують її, як у середовищі з'являються великі перепади тиску (див. Бернуллі рівняння) і великі градієнти температури. Сучасна газова динаміка вивчає також течії газів при високих температурах, що супроводжуються хімічними (дисоціація, горіння та ін. хімічні реакції) та фізичними (іонізація, випромінювання) процесами. Вивчення руху газів за таких умов, коли газ не можна вважати суцільним середовищем, а необхідно розглядати взаємодію складових його молекул між собою і з твердими тілами, відноситься до галузі аеродинаміки розріджених газів, заснованої на молекулярно-кінетичній теорії газів. Динаміка газу, що стискається, при малих швидкостях руху великих повітряних мас в атмосфері становить основу динамічної метеорології. Газова динаміка історично виникла як подальший розвиток та узагальнення аеродинаміки, тому часто говорять про єдину науку — аерогазодинаміку.
Теоретичну основу Газова динаміка становить застосування основних законів механіки і термодинаміки до об'єму стисливого газу, що рухається. Навье - Стокса рівняння, що описують рух в'язкого газу, що стискається, були отримані в 1-й половині 19 ст. Німецький вчений Б.Ріман (1860), англійська - У. Ранкін (1870), французька -А. Гюгоньо (1887)досліджували поширення в газі ударних хвиль, які виникають тільки в середовищах, що стискаються і рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість поширення в них звукових хвиль. Ріман створив також основи теорії рухів газу, що не встановилися, тобто таких рухів, коли параметри газового потоку в кожній його точці змінюються з плином часу.
Як самостійний розділ гідроаеромеханіки Газова динаміка існує з 1930, коли зростання швидкостей в авіації зажадало серйозного дослідження впливу стисливості щодо руху повітря. У 1935 р. в Римі відбувся 1-й міжнародний конгрес з питань газової динаміки. Інтенсивний розвиток. та повітряно-реактивних двигунів; польоти літаків та снарядів із надзвуковими швидкостями; створення атомних бомб, вибух яких спричиняє поширення сильних вибухових і ударних хвиль. У цей період Газова динаміка видатну роль зіграли дослідження радянських вчених С. А. Христиановича, А. А. Дородніцина, Л. І. Сєдова, Г. І. Петрова, Г. Г. Чорного та ін., Німецькі вчені Прандтля, Буземана, англійських вчених Дж. Тейлора, Дж. Лайтхілла, американських вчених Т. Кармана, А. Феррі, У. Хейса, китайського вченого Цянь Сюе-сеня, а також вчених інших країн.
Завдання Газова динаміка при проектуванні різноманітних апаратів, двигунів та газових машин полягають у визначенні сил тиску та тертя, температури та теплового потоку у будь-якій точці поверхні тіла або каналу, що омиваються газом, у будь-який момент часу. При дослідженні розповсюдження газових струменів, вибухових та ударних хвиль, горіння та детонації методами Газова динамікавизначаються тиск, температура та ін. Параметри газу у всій області поширення. Вивчення поставлених технікою складних завдань перетворило сучасну газову динаміку на науку про рух довільних сумішей газів, які можуть містити також тверді та рідкі частинки (наприклад, вихлопні гази ракетних двигунів на рідкому або твердому паливі), причому параметри, що характеризують стан цих газів (тиск, температура , щільність, електропровідність та ін), можуть змінюватися в широких межах.
Для розвитку сучасної газової динаміки характерно нерозривне поєднання теоретичних методів, використання ЕОМ і постановки складних аеродинамічних і фізичних експериментів. Теоретичні уявлення, які частково спираються на експериментальні дані, дозволяють описати за допомогою рівнянь рух газових сумішей складного складу, у тому числі багатофазних сумішей за наявності фізико-хімічних перетворень. Методами прикладної математики розробляються ефективні способи розв'язання цих рівнянь на ЕОМ. Нарешті, з експериментальних даних визначаються необхідні значення фізичних та хімічних характеристик, властивих досліджуваному середовищу та аналізованим процесам (коефіцієнт в'язкості та теплопровідності, швидкості хімічних реакцій, часи релаксації та ін.).
Багато завдань, поставлені сучасною технікою перед газовою динамікою, поки що не можуть бути вирішені розрахунково-теоретичними методами, в цих випадках широко користуються газодинамічними експериментами, поставленими на основі подібності теорії та законів гідродинамічного та аеродинамічного моделювання. Газодинамічні експерименти в аерогазодинамічних лабораторіях проводяться у надзвукових та гіперзвукових аеродинамічних трубах, на балістичних установках, в ударних та імпульсних трубах тана ін. газодинамічних установках спеціального призначення (див. також Аеродинамічні виміри).
Законами Газова динаміка широко користуються в зовнішній і внутрішній балістиці, при вивченні таких явищ, як вибух, горіння, детонація, конденсація в потоці, що рухається. Газова динаміка, в якій зазвичай застосовуються спрощені теоретичні уявлення про опосередковані по поперечному перерізу параметри газового потоку і основні закономірності руху, знайдені експериментальним шляхом, використовується при розрахунку компресорів і турбін, сопел і дифузорів, ракетних двигунів, аеродинамічних труб, ежекторів, газопровід ін технічних пристроїв.
Газодинамічні дослідження ведуться в тих самих наукових установах, що й дослідження з аеродинаміки, а результати їх публікуються в тих самих наукових журналах та збірниках.
Основи газової динаміки, під ред. Г. Еммонса, пров. з англ., М., 1963; Кишеня Т., Надзвукова аеродинаміка. Принципи та додатки, пров. з англ., М., 1948; Абрамович Р. Н., Прикладна газова динаміка, 3 видавництва, М., 1969; Чорний Р. Р., Течії газу з великою надзвуковою швидкістю, М., 1959; Станюкович До. П., Неусталені рухи суцільного середовища, М., 1955; Зельдович Я. Би., Райзер Ю. П., фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, М., 1963.
С. Л. Вишневецький.