Основная цель книги — описание различных гидродинамических эффектов, а также их качественное и количественное объяснение при помощи соответствующих математических моделей. Имеется много постановок задач, ещё не получивших решения. Большое место уделено различным приложениям (кумуляция, направленный взрыв, сварка металлов взрывом, проблема цунами, принципы движения рыб и др.).

Илл. 160, библ. 111.

Гидродинамика — одна из древнейших наук, снова (в который уже раз!) переживающая сейчас свою молодость. Причин этому немало. Первой и главной причиной является использование возможностей, которые открылись в связи с развитием электронных вычислительных машин. Стали доступными не только расчёты, ранее немыслимые из-за их сложности, но и эксперименты нового типа — эксперименты на вычислительных машинах, имеющие ряд преимуществ по сравнению с натурными.

Второй причиной служит значительное расширение арсенала математических средств, применяемых в гидродинамике. Наряду с усовершенствованием старых методов появились новые методы теории функций комплексного переменного и теории уравнений с частными производными, рассчитанные на гидродинамические приложения. Всё более и более широкое применение находят методы функционального анализа и современной дифференциальной геометрии.

Третья причина — научно-техническая революция наших дней, бурное развитие техники, широкий размах исследований в изучении макро- и микромира. В результате сейчас перед гидродинамикой встаёт много новых задач.

В обширной литературе по гидродинамике эта книга занимает особое место. Её нельзя рассматривать ни как учебник для начинающих, ни как монографию для специалистов. В первых главах книги коротко излагаются физические основы гидродинамики и элементы математических методов, в ней применяемых. Изложение здесь часто имеет характер обзора, за доказательствами следует обращаться к курсам гидродинамики и уравнений с частными производными, цитируемым в списках литературы в конце глав. Особенно часты ссылки на книгу авторов «Методы теории функций комплексного переменного», изд. 3-е, «Наука», М., 1965,… Остальную часть книги составляет описание отдельных задач из разных разделов гидродинамики, нисколько не претендующее на полноту охвата этих разделов.

В прошлом веке и начале нашего трактаты по гидродинамике в основном состояли из длинных выкладок с использованием элементарных и специальных функций. По образному выражению одного из современных американских гидродинамиков С. Голдстайна, за этими выкладками никак нельзя было увидеть саму воду, нельзя представить, что она мокрая. Да и сейчас пишется немало работ, содержащих сложные и пространные результаты точной теории решений дифференциальных уравнений гидродинамики, весьма далёкие от действительности. На наш взгляд, практическая ценность этих работ существенно снижается простым замечанием, что сами-то уравнения гидродинамики лишь весьма приближённо отражают многие важные физические явления. Поэтому некоторые результаты так называемой точной теории по бессмысленности напоминают выкладки с огромным числом знаков над величинами, только очень грубо приближающими точные.

В этой книге нет длинных выкладок и громоздких теорий. Основная её установка такова: большинство интересных физических процессов столь сложно, что при современном состоянии науки очень редко удаётся создавать их универсальную теорию, действующую во всё время и на всех участках рассматриваемого процесса. Вместо этого нужно посредством экспериментов и наблюдений постараться понять ведущие факторы, которые в тот или иной отрезок времени управляют процессом на том или ином участке. Выделив эти факторы, следует абстрагироваться от других, менее существенных, и для данного участка и данного отрезка времени построить возможно более простую математическую схему (модель процесса), которая учитывает лишь выделенные факторы.

В ряде случаев в решения таких локальных задач нужно ввести поправки, учитывающие второстепенные, но также существенные факторы. Этот учёт производится при помощи дополнительных алгоритмов, действующих на решения модельных задач. Для получения общей картины процесса теперь остаётся только склеить решения отдельных локальных задач. Эта склейка производится при помощи достаточно общих соображений, таких, как непрерывность поля скоростей и др. Следует отметить, что описанная общая схема решения задач гидродинамики достаточно хорошо приспособлена для организации машинного счёта.

Цель книги — познакомить научную молодёжь, начинающую заниматься гидродинамикой, с некоторыми интересными и ещё мало изученными явлениями из необъятного запаса, которым располагает эта наука. Для некоторых из этих явлений удаётся построить математические модели, объясняющие их и качественно и количественно, другие ещё ждут объяснения. Поэтому наряду с законченными результатами в книге много гипотез и постановок проблем. Авторы считают, что их цель удалась, если эти проблемы заинтересуют читателей и какие-либо из них будут решены…

ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Книги на ту же тему

1. Механика сплошной среды. — 2-е изд., испр. и доп. В 2-х томах (комплект из 2 книг), Седов Л. И., 1973
2. Гидродинамика и динамика высокоскоростного движения тел в жидкости, Грумондз В. Т., Журавлёв Ю. Ф., Парышев Э. В., Соколянский В. П., Шорыгин О. П., 2013
3. Математические вопросы динамики вязкой несжимаемой жидкости, Ладыженская О. А., 1961
4. Магнитная гидродинамика, Куликовский А. Г., Любимов Г. А., 1962
5. Течения вязкой жидкости, Шкадов В. Я., Запрянов З. Д., 1984
6. Вопросы гидродинамической устойчивости, Бетчов Р., Криминале В., 1971
7. Пристенная турбулентность, Кутателадзе С. С., 1973
8. Устойчивость движений жидкости, Джозеф Д., 1981
9. Динамика реальных жидкостей, Ричардсон Э., 1965
10. Введение в теорию течения сжимаемой жидкости, Бай Ши-И, 1962
11. Численное решение задач гидромеханики, Рихтмайер Р., ред., 1977
12. Вязкопластические течения: динамический хаос, устойчивость, перемешивание, Климов Д. М., Петров А. Г., Георгиевский Д. В., 2005
13. Бифуркация рождения цикла и её приложения, Марсден Д., Мак-Кракен М., 1980
14. Пространственная модель турбулентного обмена, Булеев Н. И., 1989
15. Новые алгоритмы вычислительной гидродинамики для многопроцессорных вычислительных комплексов, Головизин В. М., Зайцев М. А., Карабасов С. А., Короткин И. А., 2013
16. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х томах (комплект из 2 книг), Андерсон Д., Таннехилл Д., Плетчер Р., 1990
17. Метод контурной динамики в океанологических исследованиях, Козлов В. Ф., ред., 1990
18. Гидродинамика нефтяного трещиноватого пласта, Шаймуратов Р. В., 1980
19. Механика глубинных подземных взрывов, Чедвик П., Кокс А., Гопкинс Г., 1966
20. Нестационарное обтекание и аэроупругие колебания решёток турбомашин, Самойлович Г. С., 1969
21. Молекулярная теория адсорбции в пористых телах, Товбин Ю. К., 2013
22. Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя, Браун Р. А., 1978
23. Проливы Мирового океана. Общий подход к моделированию, Андросов А. А., Вольцингер Н. Е., 2005
24. Теплообмен и гидродинамика в криогенных двигательных установках, Костюк В. В., Фирсов В. П., 2015
25. Исследование гидродинамической неустойчивости в задачах лазерного термоядерного синтеза методами математического моделирования, Лебо И. Г., Тишкин В. Ф., 2006
26. Моделирование теплоэнергетического оборудования, Кутателадзе С. C., Ляховский Д. Н., Пермяков В. А., 1966
27. Динамика вихрей, Сэффмэн Ф. Д., 2000
28. Магнитогидродинамические течения в каналах, Гаррис Л., 1963
29. Сверхзвуковые МГД-генераторы, Бреев В. В., Губарев А. В., Панченко В. П., 1988
30. Подземные взрывы, Адушкин В. В., Спивак А. А., 2007
31. Сейсмология ядерных взрывов, Родин Г., 1974
32. Введение в комплексный анализ, Шабат Б. В., 1969
33. Методы теории функций комплексного переменного. — 5-е изд., испр., Лаврентьев М. А., Шабат Б. В., 1987
34. Основы теории аналитических функций комплексного переменного, Бицадзе А. В., 1969
35. Теория функций комплексного переменного (комплект из 2 книг), Стоилов С., 1962