ГА́ЗОВАЯ ДИНА́МИКА

ГА́ЗОВАЯ ДИНА́МИКА, раз­дел ме­ха­ни­ки жид­ко­сти и га­за, изу­чаю­щий дви­же­ния лег­ко­под­виж­ных сред в ус­ло­ви­ях, ко­гда су­ще­ст­вен­ную роль иг­ра­ет их сжи­мае­мость. Г. д. вклю­ча­ет: аэ­ро­ди­на­ми­ку боль­ших ско­ро­стей (в т. ч. ги­пер­зву­ковую аэ­ро­ди­на­ми­ку); ди­на­ми­ку раз­ре­жен­ных га­зов; фи­зи­ко-хи­мич. Г. д. (свя­зан­ную, в ча­ст­но­сти, с тео­ри­ей го­ре­ния и де­то­на­ции га­зов и с тео­ри­ей ра­ди­ац. про­цес­сов в га­зах); кос­мич. Г. д., гра­нича­щую с ас­т­ро­фи­зи­кой; маг­ни­то­га­зо­ди­на­ми­ку и элек­тро­га­зо­ди­на­ми­ку, ко­торые при­мы­ка­ют к ди­на­ми­ке плаз­мы, и не­ко­то­рые др. раз­де­лы. Со­от­вет­ст­вен­но объ­ек­ты ис­сле­до­ва­ния в Г. д. весь­ма раз­лич­ны по мас­шта­бу – от те­че­ний га­за в тон­чай­ших ка­пил­ля­рах до дви­же­ний га­зо­вой сре­ды в меж­звёзд­ном про­стран­ст­ве. Г. д. тес­но свя­за­на с аку­сти­кой и ди­на­ми­че­ской ме­тео­ро­ло­ги­ей. Важ­ней­шая об­ласть её при­ло­же­ния – авиац., ра­кет­ное, энер­ге­тич. ма­ши­но­строе­ние. За­да­чи Г. д. при про­ек­ти­ро­ва­нии раз­но­об­раз­ных ап­па­ра­тов, дви­га­те­лей и др. га­зо­вых ма­шин со­сто­ят в оп­ре­де­ле­нии сил дав­ле­ния и тре­ния, темп-ры и те­п­ло­во­го по­то­ка в лю­бой точ­ке по­верх­но­сти, об­те­кае­мой га­зом, в лю­бой мо­мент вре­ме­ни. Г. д. опи­ра­ет­ся на тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния.

Тео­ре­тич. Г. д. на­ча­ла скла­ды­вать­ся в 1-й пол. 19 в., ко­гда С. Д. Пу­ас­сон, Дж. Г. Стокс и С. Ирн­шоу, ана­ли­зи­руя не­ли­ней­ные эф­фек­ты при рас­про­стра­не­нии волн дав­ле­ния в га­зе, пред­ска­за­ли воз­мож­ность раз­ры­вов в про­стран­ст­вен­ном рас­пре­де­ле­нии па­ра­мет­ров сре­ды. Во 2-й пол. 19 в. Б. Ри­ман и Ж. С. Ада­мар су­ще­ст­вен­но раз­ви­ли ра­бо­ты этих ав­то­ров. У. Дж. М. Ран­кин и франц. учё­ный П. А. Гю­го­ньо соз­да­ли ос­но­ву тео­рии дви­же­ний га­за с раз­ры­ва­ми. Э. Мах визу­аль­но за­фик­си­ро­вал су­ще­ст­во­ва­ние раз­ры­вов – удар­ных волн – при дви­же­нии воз­ду­ха, вы­зван­ном взры­вом, и при по­лё­те тел со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью. Во 2-й пол. 19 в. в Г. д. ста­ли ис­поль­зо­вать на­ча­ла тер­мо­ди­на­ми­ки – пер­вое (за­кон со­хра­не­ния энер­гии) и вто­рое (за­кон не­убы­ва­ния эн­тро­пии в замк­ну­тых адиа­ба­тич. сис­те­мах). На ру­бе­же 19 и 20 вв. В. А. Ми­хель­сон, Д. Чеп­мен и Э. Жу­ге за­ло­жи­ли ос­но­вы га­зо­ди­на­мич. тео­рии го­ре­ния и де­то­на­ции; ра­бо­та С. А. Ча­п­лы­ги­на «О га­зо­вых стру­ях» (1902) ста­ла ос­но­вой но­во­го бур­но­го эта­па раз­ви­тия Г. д. в 1930-е гг. В 1-й пол. 20 в. в тео­ре­тич. Г. д. раз­ра­ба­ты­ва­лись тео­рии об­те­ка­ния кры­ла са­мо­лё­та и тел вра­ще­ния и тео­рия дви­же­ния га­за в авиац. и ра­кет­ных дви­га­те­лях. То­гда же бы­ли соз­да­ны аэ­ро­ди­на­ми­че­ские тру­бы и др. экс­пе­рим. ус­та­нов­ки для изу­че­ния те­че­ний га­за с боль­ши­ми ско­ро­стя­ми. Во 2-й пол. 20 в. С. А. Хри­стиа­но­вич дал об­щий ана­лиз сверх­зву­ко­вых и сме­шан­ных те­че­ний и пред­ло­жил си­сте­ма­тич. клас­си­фи­ка­цию этих те­че­ний. В об­лас­ти до­зву­ко­вых те­че­ний зна­чительные до­сти­же­ния при­над­ле­жат М. В. Кел­ды­шу.

Клас­сич. ма­те­ма­тич. мо­де­ли в Г. д. – это Эй­ле­ра урав­не­ния (для га­за без внутр. тре­ния) и На­вье – Сто­кса урав­не­ния (для вяз­ко­го га­за). В при­клад­ной Г. д. при­ме­ня­ют­ся бо­лее про­стые тео­ре­тич. мо­де­ли га­зо­во­го по­то­ка и экс­пе­рим. за­ко­но­мер­но­сти, най­ден­ные на ос­но­ве по­до­бия тео­рии. Труд­но­сти рас­чё­та те­че­ний вяз­ко­го га­за свя­за­ны с тем, что эти те­че­ния (и со­от­вет­ст­вую­щие им ре­ше­ния урав­не­ний На­вье – Сто­кса) наи­бо­лее час­то при рос­те Рей­нольд­са чис­ла Re до не­ко­то­рой ве­ли­чи­ны Re* те­ря­ют ус­той­чи­вость и ста­но­вят­ся всё бо­лее слож­ны­ми в умень­шаю­щих­ся про­стран­ст­вен­ных и вре­менны́х мас­шта­бах (до дос­ти­же­ния весь­ма ма­ло­го мас­шта­ба Кол­мо­го­ро­ва). Совр. вы­чис­лит. сред­ст­ва обес­пе­чи­ва­ют рас­чё­ты лишь до Re, при­мер­но на по­ря­док бо́льших тех, при ко­то­рых те­ря­ет­ся ус­той­чи­вость те­че­ния. По­это­му для рас­чё­та тур­бу­лент­ных те­че­ний га­за (Rе≫Re*) урав­не­ния На­вье – Сто­кса до­пол­ня­ют­ся по­лу­эм­пи­рич. со­от­ноше­ния­ми, при­ем­ле­мы­ми для не­ко­то­рых про­стых клас­сов те­че­ний.

Для ре­ше­ния мн. слож­ных за­дач Г. д. её клас­сич. мо­де­ли до­пол­ня­ют­ся др. не­об­хо­ди­мы­ми со­от­но­ше­ния­ми. Напр., для хи­ми­че­ски реа­ги­рую­щих га­зо­вых сме­сей сис­те­ма урав­не­ний долж­на вклю­чать урав­не­ния хи­мич. ки­не­ти­ки и диф­фу­зии, а при вы­со­кой темп-ре – и урав­не­ния пе­ре­но­са из­лу­че­ния.

Г. д. про­дол­жа­ет бур­но раз­ви­вать­ся. Но­вые вы­чис­лит., ин­фор­мац. и экс­пе­рим. тех­но­ло­гии су­ще­ст­вен­но рас­ши­ри­ли её воз­мож­но­сти.