Формальным сходством с детонационными волнами облада- ют конденсационные скачки, возникающие при движении газа, содержащего, например, пересыщенный водяной пар х) . Эти скачки представляют собой результат внезапной конденсации па- ров, причем процесс конденсации происходит очень быстро в уз- кой зоне, которую можно рассматривать как некоторую поверх- ность разрыва, отделяющую исходный газ от «тумана» — газа, содержащего конденсированные пары. Подчеркнем, что конден- сационные скачки представляют собой самостоятельное физи- ческое явление, а не результат сжатия газа в обычной ударной волне; последнее вообще не может привести к конденсации паров, так как эффект увеличения давления в ударной волне перекры- вается в смысле его влияния на степень пересыщения обратным эффектом повышения температуры. Как и реакция горения, конденсация пара представляет со- бой экзотермический процесс. Роль теплоты реакции q играет при этом количество тепла, выделяющегося при конденсации пара, заключенного в единице массы газа 2) . Конденсационная 1)Их теоретическое изучение начато Осватичем (К. Oswatitsch, 1942) и С.З. Беленьким A945). 2) Теплота q не совпадает, строго говоря, с обычной скрытой теплотой кон- денсации, так как совершающийся в зоне конденсации процесс включает в себя не только изотермическую конденсацию пара, но и некоторое общее изменение температуры газа. Однако если степень пересыщения пара не слишком мала (как это обычно и имеет место), то эта разница несущественна. 688 ГИДРОДИНАМИКА ГОРЕНИЯ ГЛ. XIV адиабата, определяющая зависимость р2 от V2 при заданном со- стоянии pi, V\ исходного газа с неконденсированными парами, выглядит так же, как и изображенная на рис. 136 адиабата для реакции горения. Взаимоотношение между скоростями распро- странения скачка v\, V2 и скоростями звука ci, С2 на различных участках конденсационной адиабаты определяется неравенства- ми A31.1). Однако не все из перечисленных в A31.1) четырех случаев могут реально осуществиться. Прежде всего возникает вопрос об эволюционности конден- сационных скачков. В этом отношении их свойства полностью аналогичны свойствам разрывов, представляющих зону горения. Мы видели (§ 131), что отличие устойчивости последних от устой- чивости обычных ударных волн связано с наличием одного до- полнительного условия (заданное значение потока j), которое должно выполняться на их поверхности. В данном случае то- же имеется одно дополнительное условие — термодинамическое состояние газа 1 перед скачком должно быть как раз тем, кото- рое соответствует началу быстрой конденсации пара (это условие представляет собой определенное соотношение между давлени- ем и температурой газа 1). Поэтому сразу можно заключить, что весь участок адиабаты под точкой О7, на котором v\ < c\, V2 > C2 исключается как не соответствующий устойчивым скачкам. Легко видеть, что не могут реально осуществляться также и скачки, соответствующие участку над точкой О (v\ > c\,V2 < C2). Такой скачок перемещался бы относительно находящегося перед ним газа со сверхзвуковой скоростью, а потому его возникнове- ние никак не отражалось бы на состоянии этого газа. Это значит, что скачок должен был бы возникнуть вдоль поверхности, зара- нее определяемой условиями обтекания (поверхность, на которой при непрерывном течении достигались бы необходимые условия начала быстрой конденсации). С другой стороны, скорость скач- ка относительно остающегося позади него газа в данном случае была бы дозвуковой. Но уравнения дозвукового движения не имеют, вообще говоря, решений, в которых все величины прини- мают заранее определенные значения на произвольно заданной поверхности . Таким образом, оказываются возможными конденсационные скачки всего двух типов: 1) сверхзвуковые скачки (отрезок АО ) Аналогичные соображения остаются в силе и в том случае, когда полная скорость V2 (от которой V2 < С2 есть нормальная к скачку компонента) является сверхзвуковой. Во избежание недоразумений отметим, что конденсационный скачок с vi > ci, V2 < С2 может на практике (в определенных условиях влажности и формы обтекаемой поверхности) имитироваться истинным конденсацион- ным скачком с vi > с\, г>2 > С2 и следующей близко за ним ударной волной, переводящей течение в дозвуковое. § 132 КОНДЕНСАЦИОННЫЕ СКАЧКИ 689 адиабаты), на которых vi > си v2 > с2, V2 > Ри У<2 < Vi A32.1) и конденсация сопровождается в них сжатием вещества; 2) до- звуковые скачки (отрезок А101 адиабаты), на которых vi < си v2 < с2, V2 < Pu V2 > Vi A32.2) и конденсация сопровождается разрежением газа. Значение потока j (скорости конденсации) монотонно возра- стает вдоль отрезка А'О' от точки А' (в которой j = 0) к точке О7, а вдоль отрезка АО — монотонно падает от А (где j = oo) к О. Интервал же значений j (а с ним и соответствующий интервал значений скорости v\ = jV\) между теми, которые j принимает в точках О и О7, является «запрещенным» и не может быть осу- ществлен в конденсационных скачках. Общее количество (масса) конденсирующегося пара обычно весьма мало по сравнению с количеством основного газа. Поэтому можно с одинаковым пра- вом рассматривать оба газа 1 ж 2 как идеальные; по этой же причине можно считать одинаковыми теплоемкости обоих газов. Тогда значение v\ в точке О определится формулой A29.9), а в точке О1 — такой же формулой с обратным знаком перед вторым корнем; положив в этих формулах 71 — 72 = 7 и введя скорость звука с\ согласно с\ = 7G ~~ l)cv^b найдем следующий запре- щенный интервал значений v\\
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Конденсационные скачки» з дисципліни «Теоретична фізика у 10 томах»
. 