Министерство образования и науки Украини

Херсонский национальний технический университет

Кафедра ОПЛПБО

Реферат

Тема:

Методы подобия и моделирования с привлечением физических уравнений

Выполнил:

Студент гр.3М Кандалинцев В.В.

Проверил:

преподаватель Вильшун И.А.

Херсон 2009

Введение

 

В том случае, когда физическое явление изучено настолько, что представляется возможным дать его математическую формулировку, можно произвести масштабные преобразования имеющихся уравнений (с граничными и начальными условиями) и найти соответствующие критерии подобия. Существенным при этом является тот факт, что для получения критериев подобия не обязательно иметь решение составленных уравнений, достаточно располагать исходными уравнениями в дифференциальной, интегральной или конечной форме, присоединив к ним начальные и граничные условия. Метод анализа уравнений, следовательно, предполагает знание значительного объема информации, относящейся к изучаемому объекту.

Таким образом, различия между методами анализа размерностей величин и анализом уравнений определяются лишь разницей в степени необходимой полноты знаний о физических свойствах, процессов. В первом случае аппарат анализа размерностей применяется к формулам размерности физических величин, во втором случае — к аналитическим зависимостям между величинами.

В данной главе при получении условий моделирования с помощью физических уравнений делается предположение о геометрическом подобии модели и натуры. Это предположение сближает метод анализа уравнений с методом анализа размерностей величин и при определенных условиях приводит к результатам, совпадающим с классической теорией подобия.

§ 1. Подобие стационарных и нестационарных физических полей

Напомним, что стационарным полем физической величины Qj называется не изменяющаяся с течением времени совокупность значений этой величины во всех точках изучаемого пространства или объема.

Если известен вид уравнения, описывающего некоторый физический процесс, например F (Qlt Q2, Qit Qn) = 0 (1.16),

разрешая его относительно искомой функции, получим уравнение поля физической величины Qy.

В общем случае определяющие параметры в правой части уравнения (3.1) — заданные переменные величины, зависящие от координат: Qt = Qx (х, у, г), Qn = Qn (х, у, г). Следовательно, величина Qj в конечном счете также представляет собой функцию пространственных координат х, у, г:

Из уравнения (3.2) очевидно, что в силу произвольности функций Ф и ¥ входящие в него параметры Qj (/ = 1, 2, п) могут иметь различные размерности.

Пусть в двух геометрически подобных системах 1 и 2 с характерными размерами 1Х и /2 поля сходственных переменных (Q7)j и (Qj)2 заданы уравнениями

в которых (QJi, (Q2)x, (Qn)x и (Qx)29 (Q2)2, (Qn)2 — сходственные (одноименные) физические параметры.

Если величины (Qj)i и (Qj)2 распределены каждая в своей системе так, что в любой паре сходственных точек при

всегда имеют место соотношения

то соответствующие им поля скалярных физических величин называются подобными стационарными полями [101].

В случае, если рассматривается подобие полей векторных или тензорных физических переменных, в соотношениях (3.5) под (Qt)i и (Qi)a следует понимать компоненты векторов или тензоров.

Равенства (3.7) свидетельствуют, что в сходственных точках подобных стационарных полей безразмерные координаты и безразмерные физические переменные соответственно равны.

Ввиду того, что для перехода от поля физической величины (Qj)i к полю сходственной величины (Q7)a необходимо задать два независимых между собой масштаба — геометрический /0 и физический (Qj)o, можно говорить об аффинности геометрических образов (то есть графиков, эпюр, рельефов функций) физических полей для механически подобных объектов. ............