Газова динаміка - розділ гідроаеромеханіки, у якому вивчається рух стисливих суцільних середовищ (газу, плазми) та їхня взаємодія з твердими тілами. Як частина фізики, газова динаміка пов'язана з термодинамікою і акустикою.
Властивість стисливості полягає в здатності речовини змінювати свій початковий об'єм під дією перепаду тиску або при зміні температури. Стисливість стає істотною при великих швидкостях руху середовища, порівнянних зі швидкістю поширення звуку в цьому середовищі і таких, що перевищують її, оскільки при таких швидкостях у середовищі можуть виникати великі перепади тиску (див. Бернуллі рівняння) і великі градієнти температури. У сучасній газовій динаміці вивчають також течії газу при високих температурах, що супроводжуються хімічними (дисоціація, горіння та ін. хімічні реакції) і фізичними (іонізація, випромінювання) процесами. Вивчення руху електропровідних газів за наявності магнітних і електричних полів становить предмет магнітної газодинаміки. Рух газів за таких умов, коли газ не можна вважати суцільним середовищем, а необхідно розглядати взаємодію молекул, що його складають, між собою і з твердими тілами, належить до області динаміки розрідженого газу, заснованої на молекулярно-кінетичній теорії газів. Динаміка великих повітряних мас при малих швидкостях руху становить основу динамічної метеорології. Газова динаміка історично виникла як подальший розвиток і узагальнення аеродинаміки, тому часто говорять про єдину науку — аерогазодинаміку.
Вихідні рівняння газової динаміки є наслідком застосування основних законів механіки і термодинаміки до рухомого об'єму стисливого газу. Неусталені рухи в'язкого стисливого газу, коли параметри газового потоку в кожній його точці змінюються з плином часу, описуються повними рівняннями Нав'є — Стокса. Однією з основних фізичних особливостей руху стисливих середовищ є можливість утворення і поширення в них ударних хвиль, які рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість поширення звукових хвиль, і являють собою вузьку область надзвичайно великих градієнтів тиску, густини, температури і швидкості газу.
Інтенсивний розвиток газової динаміки пов'язаний зі швидким розвитком відповідних областей техніки: реактивної авіації, ракетної зброї, створенням атомних і водневих бомб, вибух яких тягне за собою поширення сильних вибухових і ударних хвиль. Завдання газової динаміки при проектуванні різноманітних апаратів, двигунів і газових машин полягають у визначенні сил тиску і тертя, температури і теплового потоку в будь-якій точці поверхні тіла або каналу, омиваних газом, у будь-який момент часу. При дослідженні поширення газових струменів, вибухових і ударних хвиль, горіння і детонації методами газової динаміки визначаються тиск, температура та ін. параметри газу в усій області поширення. Вивчення поставлених технікою складних завдань перетворило сучасну газову динаміку на науку про рух довільних сумішей газів, які можуть містити також тверді й рідкі частинки (наприклад, вихлопні гази ракетних двигунів на рідкому або твердому паливі), причому параметри, що характеризують стан цих газів — тиск, температура, густина, електропровідність та ін., можуть змінюватися в найширших межах.
Законами газової динаміки широко користуються в зовнішній і внутрішній балістиці, при вивченні вибуху, горіння, детонації, конденсації в рухомому потоці.
Для сучасної газової динаміки характерне нерозривне поєднання розрахунково-теоретичних методів, використання ЕОМ і постановка складних аеродинамічних і фізичних експериментів. Теоретичні уявлення, частково спираючись на знайдені експериментальним шляхом закономірності, дають змогу описати за допомогою відповідних рівнянь рух газових сумішей складного складу, у т. ч. багатофазних сумішей за наявності фізико-хімічних і фазових перетворень. Методами прикладної математики розробляються ефективні способи розв'язання цих рівнянь на ЕОМ. Нарешті, з експериментальних даних визначаються необхідні значення фізичних і хімічних характеристик, властивих досліджуваному середовищу і розглядуваним процесам (коефіцієнт в'язкості, теплопровідності, швидкості хімічних реакцій, часи релаксації та ін.).
Багато завдань, поставлених сучасною технікою перед газовою динамікою, поки не можуть бути розв'язані розрахунково-теоретичними методами, у цих випадках широко користуються газодинамічними експериментами, поставленими на основі теорії подібності й законів гідродинамічного та аеродинамічного моделювання. Газодинамічні експерименти проводяться в надзвукових і гіперзвукових аеродинамічних трубах, на балістичних установках, в ударних і імпульсних трубах та на інших газодинамічних установках спеціального призначення (див. Аеродинамічні вимірювання). Прикладна газова динаміка, у якій зазвичай застосовуються спрощені теоретичні уявлення про осереднені за поперечним перерізом параметри газового потоку і основні закономірності руху, знайдені експериментальним шляхом, використовується при розрахунку компресорів і турбін, сопел і дифузорів, ракетних двигунів, аеродинамічних труб, ежекторів, газопроводів і багатьох інших технічних пристроїв.
Властивість стисливості полягає в здатності речовини змінювати свій початковий об'єм під дією перепаду тиску або при зміні температури. Стисливість стає істотною при великих швидкостях руху середовища, порівнянних зі швидкістю поширення звуку в цьому середовищі і таких, що перевищують її, оскільки при таких швидкостях у середовищі можуть виникати великі перепади тиску (див. Бернуллі рівняння) і великі градієнти температури. У сучасній газовій динаміці вивчають також течії газу при високих температурах, що супроводжуються хімічними (дисоціація, горіння та ін. хімічні реакції) і фізичними (іонізація, випромінювання) процесами. Вивчення руху електропровідних газів за наявності магнітних і електричних полів становить предмет магнітної газодинаміки. Рух газів за таких умов, коли газ не можна вважати суцільним середовищем, а необхідно розглядати взаємодію молекул, що його складають, між собою і з твердими тілами, належить до області динаміки розрідженого газу, заснованої на молекулярно-кінетичній теорії газів. Динаміка великих повітряних мас при малих швидкостях руху становить основу динамічної метеорології. Газова динаміка історично виникла як подальший розвиток і узагальнення аеродинаміки, тому часто говорять про єдину науку — аерогазодинаміку.
Вихідні рівняння газової динаміки є наслідком застосування основних законів механіки і термодинаміки до рухомого об'єму стисливого газу. Неусталені рухи в'язкого стисливого газу, коли параметри газового потоку в кожній його точці змінюються з плином часу, описуються повними рівняннями Нав'є — Стокса. Однією з основних фізичних особливостей руху стисливих середовищ є можливість утворення і поширення в них ударних хвиль, які рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість поширення звукових хвиль, і являють собою вузьку область надзвичайно великих градієнтів тиску, густини, температури і швидкості газу.
Інтенсивний розвиток газової динаміки пов'язаний зі швидким розвитком відповідних областей техніки: реактивної авіації, ракетної зброї, створенням атомних і водневих бомб, вибух яких тягне за собою поширення сильних вибухових і ударних хвиль. Завдання газової динаміки при проектуванні різноманітних апаратів, двигунів і газових машин полягають у визначенні сил тиску і тертя, температури і теплового потоку в будь-якій точці поверхні тіла або каналу, омиваних газом, у будь-який момент часу. При дослідженні поширення газових струменів, вибухових і ударних хвиль, горіння і детонації методами газової динаміки визначаються тиск, температура та ін. параметри газу в усій області поширення. Вивчення поставлених технікою складних завдань перетворило сучасну газову динаміку на науку про рух довільних сумішей газів, які можуть містити також тверді й рідкі частинки (наприклад, вихлопні гази ракетних двигунів на рідкому або твердому паливі), причому параметри, що характеризують стан цих газів — тиск, температура, густина, електропровідність та ін., можуть змінюватися в найширших межах.
Законами газової динаміки широко користуються в зовнішній і внутрішній балістиці, при вивченні вибуху, горіння, детонації, конденсації в рухомому потоці.
Для сучасної газової динаміки характерне нерозривне поєднання розрахунково-теоретичних методів, використання ЕОМ і постановка складних аеродинамічних і фізичних експериментів. Теоретичні уявлення, частково спираючись на знайдені експериментальним шляхом закономірності, дають змогу описати за допомогою відповідних рівнянь рух газових сумішей складного складу, у т. ч. багатофазних сумішей за наявності фізико-хімічних і фазових перетворень. Методами прикладної математики розробляються ефективні способи розв'язання цих рівнянь на ЕОМ. Нарешті, з експериментальних даних визначаються необхідні значення фізичних і хімічних характеристик, властивих досліджуваному середовищу і розглядуваним процесам (коефіцієнт в'язкості, теплопровідності, швидкості хімічних реакцій, часи релаксації та ін.).
Багато завдань, поставлених сучасною технікою перед газовою динамікою, поки не можуть бути розв'язані розрахунково-теоретичними методами, у цих випадках широко користуються газодинамічними експериментами, поставленими на основі теорії подібності й законів гідродинамічного та аеродинамічного моделювання. Газодинамічні експерименти проводяться в надзвукових і гіперзвукових аеродинамічних трубах, на балістичних установках, в ударних і імпульсних трубах та на інших газодинамічних установках спеціального призначення (див. Аеродинамічні вимірювання). Прикладна газова динаміка, у якій зазвичай застосовуються спрощені теоретичні уявлення про осереднені за поперечним перерізом параметри газового потоку і основні закономірності руху, знайдені експериментальним шляхом, використовується при розрахунку компресорів і турбін, сопел і дифузорів, ракетних двигунів, аеродинамічних труб, ежекторів, газопроводів і багатьох інших технічних пристроїв.