t.me/knigoprovod Отправить другу/подруге по почте ссылку на эту страницуВариант этой страницы для печатиНапишите нам!Карта сайта!Помощь. Как совершить покупку…
московское время27.10.20 11:44:48
На обложку
Константинопольский патриархат и Россия. 1901—1914 гг.авторы — Герд Л. А.
Основы физической геохимии: учебник. — 2-е изд., испр. и…авторы — Жариков В. А.
Толстой и зарубежный мир. Книга перваяТолстой и зарубежный мир. Книга первая
б у к и н и с т и ч е с к и й   с а й т
Новинки«Лучшие»Доставка и ОплатаМой КнигоПроводО сайте
Книжная Труба   поиск по словам из названия
Авторский каталог
Каталог издательств
Каталог серий
Моя Корзина
Только цены
Рыбалка
Наука и Техника
Математика
Физика
Радиоэлектроника. Электротехника
Инженерное дело
Химия
Геология
Экология
Биология
Зоология
Ботаника
Медицина
Промышленность
Металлургия
Горное дело
Сельское хозяйство
Транспорт
Архитектура. Строительство
Военная мысль
История
Персоны
Археология
Археография
Восток
Политика
Геополитика
Экономика
Реклама. Маркетинг
Философия
Религия
Социология
Психология. Педагогика
Законодательство. Право
Филология. Словари
Этнология
ИТ-книги
O'REILLY
Дизайнеру
Дом, семья, быт
Детям!
Здоровье
Искусство. Культурология
Синематограф
Альбомы
Литературоведение
Театр
Музыка
КнигоВедение
Литературные памятники
Современные тексты
Худ. литература
NoN Fiction
Природа
Путешествия
Эзотерика
Пурга
Спорт

/Наука и Техника/Физика

Динамика вихрей — Сэффмэн Ф. Д.
Динамика вихрей
Научное издание
Сэффмэн Ф. Д.
год издания — 2000, кол-во страниц — 376, ISBN — 5-89176-080-0, тираж — 500, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7Б, масса книги — 740 гр., издательство — Научный мир
КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ
Публикуется при финансовой поддержке РФФИ (проект №99-05-78042)

P.G. Saffman
VORTEX DYNAMICS

Cambridge University Press,
1992

Пер. с англ. Ф. В. Должанского

Формат 70x100 1/16. Печать офсетная
ключевые слова — гидродинам, вихр, несжимаем, жидкост, устойчивост, турбулентн, атмосфер, океан, гельмгольц, прандтл, аэродинам, летательн, хаотическ, хаос, сверхзвук, гидромехан, бернулл, спиральност, кирхгоф, конформн, биркгоф, филамент, гамильтон, волн, бюргерс

Книга видного учёного Ф. Дж. Сэффмэна, вышедшая в Кэмбриджской серии монографий, принадлежит к лучшим образцам научно-педагогической литературы по гидродинамике. Наиболее близкой тематической предшественницей, видимо, является книга Г. Вилля «Теория вихрей», вышедшая в переводе на русский язык в 1936 году с французского оригинала 1930 года. Современные исследования нашли отражение в предлагаемой книге на основе единого и последовательного взгляда, в ясной и строгой манере изложения.

Эта книга могла бы служить прекрасным учебным пособием для студентов старших курсов и аспирантов и, одновременно, оказалась бы очень полезной учёным, изучающим как общие, так и конкретные проблемы гидродинамики: динамику несжимаемой жидкости, теорию устойчивости и турбулентность, динамику атмосферы и океана.


В последние три десятилетия изучение вихревых движений жидкости, которое было начато в основополагающей работе Гельмгольца (Helmholtz, 1858) «Об интегралах гидродинамических уравнений, соответствующих вихревым движениям» (перевод Тэйта (Tait) [1867]) и продолжено в блестящей статье Лорда Кельвина и других работах прошлого столетия, а также Прандтлем и его Геттингенской школой в первой половине этого века, получило дополнительные стимулы в связи с многочисленными физическими, технологическими и математическими проблемами. По образному выражению Кюхеманна (Kuchemann) [1965], вихри — это «мышцы и жилы гидродинамики». Проблемы устойчивости и контроля течений, аэродинамики треугольного крыла, летательные аппараты с большой подъёмной силой, опасности, связанные со струйными следами крупных летательных аппаратов, и т.д. породили огромное количество исследований. Обзор некоторых подобных исследований содержится в работе Смита (Smith) [1986]. Осознание того, что проблема описания движений поверхностей раздела, могут быть во многих случаях связана с динамикой вихревой пелены, привлекло большое внимание. Открытие (переоткрытие?) когерентных структур в турбулентности позволяет надеяться, что изучение вихрей приведёт к пониманию турбулентных течений, тем самым давая возможность решить или, по меньшей мере, прояснить одну из основных нерешённых проблем классической физики. Вихревая динамика — естественная парадигма для изучения хаотического движения и современной теории динамических систем. Возможно, не слишком хорошо известно, что отец современных концепций динамики и хаоса является и автором монографии о вихревых движениях (Пуанкаре (Poincare) [1893]). Теория линейных вихрей и вихревых колец используется в современном макроскопическом подходе к описанию жидкого гелия II (Доннелли и Роберте (Donnelly, Roberts) [1974]). Даже вихревая теория материи Кельвина (Kelvin) [1867] может ещё представлять определённый интерес.

Многие современные результаты получены благодаря замечательным достижениям современной экспериментальной техники и развитию мощных компьютеров в сочетании с прогрессом численных методов. В настоящее время эксперименты и расчёты, о которых и не мечтали предшествующие поколения исследователей вихревых движений, представляются рутинными, ибо мы располагаем мощными инструментами, недоступными основоположникам. Конечно, это имеет и оборотную сторону , поскольку поток поступающей информации таков, что средний учёный не в состоянии своевременно её усваивать. Сейчас для продуктивных исследований более, чем когда-либо, необходимы глубокое понимание и аналитический подход. Как отметил Кельвин [1880] более 100 лет назад, «Имеется масса чрезвычайно интересных случаев». У нас не хватает времени, энергии или ресурсов для исследования каждого из них, и выбор сильно затруднён. К счастью, пока возможен анализ, позволяющий систематизировать результаты, помимо того, что он позволяет делать важные открытия, такие как обнаруженное недавно Муром (Moore) [1979] конечное время образования сингулярности вихревой пелены. Симбиоз численных и аналитических методов очень эффективен. Пессимистическое замечание Ламба (Lamb) [1932] «Движение твёрдого тела в завихрённом потоке жидкости — интересная, но, к сожалению, трудноразрешимая задача», во многом утратило силу. В настоящее время вихревая динамика — поле активных исследований.

В течение последних двадцати лет я читаю курс по основам вихревой динамики для аспирантов Калифорнийского Технологического Института (Калтех), специализирующихся в областях прикладной математики, аэронавтики и некоторых других технических дисциплин. Обзор был опубликован (Сэффмен и Бейкер (Saffman, Baker) [1979]). Настоящая монография основана на записях лекций этого курса, и я признателен профессору Ари Глезеру, предоставившему мне комплект записей, более полный и систематический, чем тот, по которому я читал лекции, а также профессору Гансу Хорнунгу, который настоял на педагогической целесообразности подготовки этого текста. В такой давно изучаемой области, как вихревые движения, с обилием приложений и направлений исследований, трудно, если вообще возможно, одновременно быть эрудитом и активным исследователем. Если отдавать приоритет исследовательской работе, то, к сожалению, практически неизбежно неполное владение литературой. В частности, в советской литературе имеются выдающиеся исследования, которые ещё недостаточно известны. Недавняя библиография советских авторов (Ахметов и др., [1988]) за период 1975—87 гг. включает 852 статьи и всё же не полна.

Эта монография акцентирована на классической теории невязкой несжимаемой жидкости, включающей конечные области завихрённости. Эффекты вязкости, сжимаемости, неоднородности, стратификации и др. чрезвычайно важны для многих приложений — от сверхзвуковых полётов до аэрогидромеханики окружающей среды. Но здесь обсуждение фокусируется на тех аспектах движений жидкости, которые прежде всего связаны с завихрённостью, а влияние других свойств жидкости второстепенно. Я надеялся представить современную версию Главы VII «Гидродинамики» Ламба [1932], в которой, по моему мнению (возможно, не все со мной согласятся), не сбалансированы учебный и исследовательский аспекты (хотя даже Ламб опускает некоторые важные темы). Однако подражать Ламбу или развивать его труд нелегко. Здесь не обсуждаются численные методы расчёта нестационарных вихревых потоков, такие как т.н. вихревые методы: это более уместно в работах по численному анализу. Также не рассматривается теория пограничного слоя, который можно рассматривать как сильное взаимодействие между переносом в поле внешнего потока и собственным самоиндуцированным вихревым движением, связанным с вязкой диффузией от границы. Отрыв пограничного слоя в этом случае связан с очень нетривиальной проблемой определения, где и при каких условиях завихрённость уносится от границ.

Хотел бы воспользоваться возможностью выразить свою благодарность лицам и организациям, которые в течение последних двадцати лет поддерживали мои исследования вихревых движений и которым, следовательно, в некоторой степени обязана своим появлением эта монография. Заинтересованность Милта Роджерса (Milt Rogers) из Управления Научных Исследований Военно-воздушных Сил в изучении проблем безопасности, связанных со струйными следами крупных летательных аппаратов, стимулировала большой интерес к вихревым движениям в 60-е годы и сыграла большую роль в развёртывании исследовательской программы в Калтехе. Дальнейшая поддержка была оказана Ральфом Купером и Бобом Уайтхедом (Ralph Cooper, Bob Whitehead) из Военно-морского Управления Научных Исследований и Милтом Роузом и Доном Остином (Milt Rose, Don Austin), ныне работающими в Министерстве Энергетики. Я признателен всем коллегам, высказывавшим в дискуссиях со мной плодотворные идеи; я старался выразить свою благодарность в каждом конкретном случае…

ПРЕДИСЛОВИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА6
 
ПРЕДИСЛОВИЕ7
 
1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЗАВИХРЁННОСТИ10
 
1.1. Связь между скоростью и завихрённостью10
1.2. Завихрённость и вращение15
1.3. Циркуляция18
1.4. Вихревые линии и трубки18
1.5. Законы вихревого движения20
1.6. Теорема Кельвина о циркуляции25
1.7. Уравнения Коши27
1.8. Безвихревое течение28
1.9. Уравнение Бернулли29
 
2. СИНГУЛЯРНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИХРЁННОСТИ32
 
2.1. Скачки завихрённости32
2.2. Вихревая пелена38
2.3. Линейные вихри48
2.4. Мнимая или сопряжённая завихрённость55
 
3. ВИХРЕВОЙ ИМПУЛЬС63
 
3.1. Вихревая сила и присоединённая завихрённость63
3.2. Гидродинамический импульс66
3.3. Импульсивная генерация движения из состояния покоя69
3.4. Эффекты сжимаемости71
3.5. Вращательный импульс73
3.6. Влияние вязкости75
3.7. Импульс изолированных вихрей75
3.8. Импульс линейного вихря79
3.9. Центр завихрённости80
3.10. Импульс двумерных течений81
3.11. Квиетическая энергия вихрей88
3.12. Спиральность90
3.13. Закрученное осесимметричное течение92
 
4. ДВИЖЕНИЕ ПРИ НАЛИЧИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ96
 
4.1. Виртуальный импульс движущегося тела96
4.2. Импульс и виртуальный импульс98
4.3. Виртуальный момент количества движения100
4.4. Двумерные течения с ненулевой циркуляцией101
 
5. НЕКОТОРЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ104
 
5.1. Виртуальная масса104
5.2. Притяжение вихрей и тел к стенкам107
5.3. Сила, действующая на тело в неоднородном потоке111
5.4. Сила, действующая на тело в ускоряющемся безвихревом потоке113
5.5. Вращающиеся тела114
5.6. Крутящий момент, действующий на тело в неоднородном потоке115
5.7. «Самопродвижение» деформируемого тела117
5.8. Плавучие вихревые кольца118
 
6. ГЕНЕРАЦИЯ ЗАВИХРЁННОСТИ120
 
6.1. Образование вихревой пелены120
6.2. Отсос на краях вихревой пелены123
6.3. Общие соображения о развитии вихревой пары из вихревой пелены125
6.4. Генерация вихревого кольца129
6.5. Генерация и циркуляция вокруг тела132
6.6. Генерация завихрённости при отрыве течения134
6.7. Обтекание крыла ускоренным потоком136
 
7. ДИНАМИКА ЛИНЕЙНЫХ ВИХРЕЙ В ДВУМЕРНЫХ ТЕЧЕНИЯХ144
 
7.1. Устойчивость полигональной конфигурации144
7.2. Вихрив окрестности стенок148
7.3. Функция Кирхгофа-Рауса152
7.4. Конформное отображение и функция траектории Кирхгофа-Рауса157
7.5. Устойчивость бесконечных периодических цепочек162
7.6. Вихревая дорожка Кармана166
7.7 Статистическая механика системы линейных вихрей173
 
8. ДВУМЕРНАЯ ВИХРЕВАЯ ПЕЛЕНА176
 
8.1. Уравнение Биркгофа-Ротта176
8.2. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца178
8.3. Некорректность постановки задачи о вихревой пелене181
8.4. Сворачивание полубесконечной вихревой пелены: спираль Кадена184
8.5. Автомодельные решения. Спирали с одной и несколькими ветвями190
 
9. ДИНАМИКА ДВУМЕРНЫХ ВИХРЕВЫХ ПЯТЕН200
 
9.1. Вихревая пелена конечной толщины200
9.2. Контурная динамика и функции Шварца204
9.3. Вихрь Кирхгофа и эллиптические пятна в однородном
деформационном поле208
9.4. Равновесные конфигурации уединённых вихревых пятен213
9.5. Филаментария218
9.6. Вихревые пары223
9.7. Системы вихревых пятен227
 
10. ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ ВИХРЕВЫЕ КОЛЬЦА237
 
10.1. Постановка задачи237
10.2. Тонкие кольца241
10.3. Преобразование Ламба и кольца с произвольным распределением
завихрённости248
10.4. Гамильтоново описание движения тонких колец254
 
11. ДИНАМИКА ВИХРЕВЫХ НИТЕЙ258
 
11.1. Приближение локальной индукции258
11.2. Процедура вырезания262
11.3. Волны Кельвина на вихревой нити266
11.4. Обоснование процедуры вырезания и приближения высших порядков269
 
12. ТРЁХМЕРНАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ВИХРЕЙ285
 
12.1. Колебания вихревой колонны285
12.2. Коллективные длинноволновые неустойчивости290
12.3. Коротковолновая коллективная неустойчивость298
12.4. Ультракоротковолновая коллективная неустойчивость308
 
13. ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ312
 
13.1. Вязкие вихри312
13.2. Затухание в следе вихрей316
13.3. Вихри Бюргерса326
 
14. ДРУГИЕ ПРОБЛЕМЫ ВИХРЕВОЙ ДИНАМИКИ334
 
14.1. Минимум индуктивного сопротивления334
14.2. Вариационный принцип Кельвина337
14.3. Гамильтонова динамика моментов вихревых пятен343
14.4. Разрушение вихря353
 
ЛИТЕРАТУРА364

Книги на ту же тему

  1. Исследование течений океана, Фомин Л. М., ред., 1985
  2. Динамика реальных жидкостей, Ричардсон Э., 1965
  3. Проблемы гидродинамики и их математические модели. — 2-е изд., Лаврентьев М. А., Шабат Б. В., 1977
  4. Теоретическое моделирование синоптической изменчивости океана, Коротаев Г. К., 1988
  5. Метод контурной динамики в океанологических исследованиях, Козлов В. Ф., ред., 1990
  6. Энергетика атмосферы в полярных областях, Романов В. Ф., Арискина Н. В., Васильев В. Ф., Лагун В. Е., 1987
  7. Механика сплошной среды. — 2-е изд., испр. и доп. В 2-х томах (комплект из 2 книг), Седов Л. И., 1973
  8. Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учебное пособие, Лыкосов В. Н., Глазунов А. В., Кулямин Д. В., Мортиков Е. В., Степаненко В. М., 2012
  9. Проливы Мирового океана. Общий подход к моделированию, Андросов А. А., Вольцингер Н. Е., 2005
  10. Микроволновая диагностика поверхностного слоя океана, Райзер В. Ю., Черный И. В., 1994
  11. Явления на поверхности океана, Монин А. С., Красицкий В. П., 1985
  12. Физическая природа и структура океанических фронтов, Фёдоров К. Н., 1983
  13. Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
  14. Солитоны и нелинейные волновые уравнения, Додд Р., Эйлбек Д., Гиббон Д., Моррис Х., 1988

Напишите нам!© 1913—2013
КнигоПровод.Ru
Рейтинг@Mail.ru btd.kinetix.ru работаем на движке KINETIX :)
elapsed time 0.032 secработаем на движке KINETIX :)