Морская гидродинамика. Теория и модели. Комплект из 2-х частей

Базовая дисциплина корабельной архитектуры, корабельная гидродинамика развилась в XVIII веке как следствие дифференциального исчисления и экспериментальных методов. Последние два десятилетия она переживает глубокие преобразования в связи с появлением численных методов, охватывая ряд смежных дисциплин, таких как гидроакустика и взаимодействие жидких структур. Тем не менее многие нелинейные явления, связанные с поведением свободных поверхностей и кавитацией, заставляют прибегать к эксперименту. Традиционные методы эксперимента в опытовом бассейне претерпели развитие на основе теоретических моделей. Воспитанник политехнической школы и дипломированный инженер ENSTA, доктор гидродинамики Ален Вовис посвятил всю свою карьеру судостроению и, в частности, гидродинамике. В течение длительного времени он возглавлял исследовательские учреждения Франции, работающие в области корабельной гидродинамики. Лауреат премии Роже Брара (1993 г.), Ален Бовис с 1979 г. преподавал механику жидкостей и гидродинамику в ENSTA и Политехнической школе. Он является автором многочисленных публикаций в области корабельной гидродинамики и корабельной архитектуры. Ален Бовис - кавалер ордена Почетного легиона, кавалер национального ордена “За заслуги” и обладатель ордена Академических пальм. Настоящая книга посвящена широкому кругу проблем корабельной гидродинамики, с которыми приходится сталкиваться специалистам, работающим в области проектирования и гидродинамического расчета кораблей и судов всех типов. Однако круг рассмотренных задач ограничивается прямолинейным движением судна, и вопросов, связанных с маневрированием, автор не касается. Хотя изложенные в книге проблемы подробно освещены в отечественной научной литературе, оригинальный подход автора к некоторым из них будет интересен для российских судостроителей. Отдельные положения носят спорный характер, однако это не умаляет ценности книги.

Часть I
Содержание
Предисловие переводчика
Перечень обозначений
Вступление
Глава I. Физические характеристики морской среды
1. Введение
2. Химический состав морской воды
2.1. Основные ионы
2.2. Растворенный и свободный газ
2.3. Морская коррозия
3. Физические характеристики морской воды
3.1. Температура
3.2. Соленость
3.3. Плотность
3.4. Вязкость
3.5. Электромагнитные свойства
3.6. Термодинамические свойства
4. Общее описание океанов
4.1. Подразделение на бассейны
4.2. Ветры, климат, течения, приливы и отливы
5. Распространение волн в морской среде
5.1. Распространение электромагнитных волн под водой
5.2. Распространение акустических волн
5.3. Распространение гравитационных волн
Глава II. Уравнения движения несжимаемых жидкостей
1. Уравнения движения в дифференциальной форме
1.1. Поведение несжимаемых ньютоновских жидкостей
1.2. Уравнения движения несжимаемых жидкостей (Навье - Стокса)
1.3. Уравнение скачка для несжимаемой однородной жидкости
2. Общие теоремы
2.1. Теорема Эйлера
2.2. Теорема Бернулли. Понятие гидравлического напора
2.3. Теоремы о вихрях
3. Граничные условия
3.1. Условия на прочной непроницаемой стенке
3.2. Условия на свободной поверхности
3.3. Условия на бесконечности
4. Упрощение уравнений Навье - Стокса
4.1. Подобие уравнений Навье - Стокса
4.2. Принципы упрощения уравнений Навье - Стокса
4.3. Ламинарный пограничный слой
5. Потенциальное обтекание
5.1. Потенциал скоростей
5.2. Потенциал ускорений
Упражнения
Глава III. Гидростатика
1. Введение
2. Статика несжимаемых жидкостей
3. Равновесие плавающего объекта: теорема Архимеда
3.1. Полностью погруженное плавающее тело
3.2. Частично погруженное плавающее тело
3.3. Силы, действующие на твердую стенку
4. Остойчивость плавающего объекта
4.1. Случай полностью погруженного плавающего объекта
4.2. Случай частично погруженного плавающего объекта
5. Корпус с жидкостью
Упражнения
Глава IV. Волнение
1. Введение
2. Линейная теория волн. Синусоидальное волнение
2.1. Линеаризированные уравнения
2.2. Простые прогрессивные волны
2.3. Стационарные волны. Плеск
2.4. Энергия волнения
3. Нелинейные эффекты
3.1. Разложение в ряды третьего порядка. Волны Стокса
3.2. Предельная форма. Разрушение волн
4. Линейная теория волнения. Нерегулярные волны
4.1. Суперпозиция монохроматического волнения
4.2. Описание нерегулярного волнения. Статистические характеристики
4.3. Спектральное представление (однонаправленное волнение)
4.4. Встречное волнение
4.5. Трехмерное волнение
Упражнения
Глава V. Потенциальное обтекание вокруг погруженного тела
1. Введение
2. Уравнения проблемы гидродинамики
2.1. Обозначения и уравнения
2.2. Декомпозиция элементарных проблем
3. Особенности решений уравнения Лапласа
3.1. Формулы Грина
3.2. Интегральное представление решений уравнения Лапласа
3.3. Элементарные решения уравнения Лапласа
3.4. Предельные соотношения для потенциала
4. Расчет элементарных потенциалов
4.1. Интегральное уравнение потенциала
4.2. Понятие о численном решении
5. Гидродинамические силы на теле
5.1. Торсор динамических сил
5.2. Уравнения движения тел
6. Безвихревое течение, симметрия вращения
Приложение А. Интегральное представление: основные соотношения
Приложение В. Описание препятствия с помощью вихрей. Эквивалентность диполей и вихрей
Приложение С. Присоединенные массы простых тел при поступательном движении
Глава VI. Воздействие волнения на препятствие: мореходность
1. Введение
2. Линеаризированные уравнения
2.1. Условия на свободной поверхности
2.2. Условия излучения
3. Проблема дифракции - излучения
3.1. Потенциал дифракции и излучения
3.2. Движения корпуса
3.3. Заметные свойства элементарных потенциалов
3.4. Интегральная формулировка проблемы дифракции - излучения на безграничной глубине
4. Колебания жидкости в резервуаре
4.1. Движение жидкости
4.2. Силы, действующие на резервуар
Упражнения
Глава VII. Волновое сопротивление
1. Введение
2. Волновое и вязкостное сопротивление: гипотеза Фруда
2.1. Критерии подобия
2.2. Гипотеза Фруда
2.3. Экспериментальное определение сопротивления движению
3. Задача Неймана - Кельвина
3.1. Формулировка задачи (NK)
3.2. Функция Грина для задачи (NK)
3.3. Некоторые комментарии к задаче Неймана - Кельвина
4. Анализ поля волн
4.1. Двухмерный случай
4.2. Трехмерный случай
4.3. Волновое сопротивление
5. Другие теории
5.1. Методика тонкого или удлиненного тела (Мичелла)
5.2. Метод Даусона
Приложение А. По поводу формулы Хавелока
Приложение В. Теорема стационарной фазы (формулировка)
Упражнения

Часть II
Содержание
Глава VIII. Акустика
1. Введение
2. Распространение звука: уравнение Гельмгольца
2.1. У равнения волн
2.2. Уравнение Гельмгольца
2.3. Элементарные решения уравнений. Гельмгольца. Акустические мультиполи
2.4. Турбулентный шум. Уравнение Лайтхилла
3. Акустическая мощность
3.1. Поток энергии
3.2. Измерение звука
4. Интегральное представление решений уравнения Гельмгольца
4.1. Интегральное представление в ограниченной области
4.2. Интегральное представление вне ограниченного пространства
4.3. Случай наличия отражающей стенки
5. Дифракция звука на препятствии
Упражнения
Глава IX. Линейная теория несущего крыла
1. Введение
2. Двухмерный профиль
2.1. Линеаризированные уравнения
2.2. Проблема толщины
2.3. Проблема несущей способности
3. Линейная теория несущей поверхности
3.1. Линеаризированные уравнения
3.2. Проблема толщины
3.3. Проблема подъемной силы
3.4. Потенциал ускорений для проблемы подъемной силы
4. Теория несущей линии Прандтля
4.1. Интегро-дифференциальное уравнение Прандтля
4.2. Силы, возникающие на профиле
5. Несущий профиль в нестационарном режиме
5.1. Общий случай
5.2. Случай гармоничного движения профиля
5.3. Случай обтекания с переменным углом атаки (Гюст)
Приложение А. Плоское безвихревые течение. Теорема Жуковского и засасывание входящей кромки
Приложение В. Несколько обычных интегралов
Упражнения
Глава X. Теория морского гребного винта
1. Введение
2. Дополнения к модели пропулъсивного диска
2.1. Изолированный гребной винт
2.2. Винт в насадке
3. Линейная нестационарная теория гребного винта
3.1. Описание гребного винта и его работы
3.2. Интегральное представление винта, работающего в неоднородном следе
3.3. Решение проблемы несущей силы
3.4. Решение проблемы толщины
Глава XI. Влияние вязкости
1. Введение
2. Дополнения по пограничному слою
2.1. Уравнения ламинарного пограничного слоя в собственных координатах
2.2. Турбулентный пограничный слой
3. Вязкостное сопротивление
3.1. Эффект формы
3.2. Коэффициент трения плоской пластины
4. Замечания по ламинарно-турбулентному переходу
4.1. Теория ламинарной неустойчивости
4.2. Критерии перехода
5. Пульсации давления под турбулентным пограничным слоем
5.1. Статистический анализ поля пристеночных давлений
5.2. Модели спектров
Приложение. Статистический инструмент описания турбулентности
Упражнение
Глава XII. Кавитация. Двухфазное обтекание
1. Введение
2. Элементарное изучение кавитации
2.1. Динамика изолированного пузыря
2.2. Кавитация профиля
2.3. Кавитация вихря
3. Элементарные замечания об обтекании пузырей
3.1. Средние временные Эйлера
3.2. Средние объемные Лагранжа
3.3. Уравнение баланса
3.4. Распространение акустических волн в среде с пузырями
Упражнения
Библиография