On a paradoxical property of solving the problem of stationary flow around a body by a subsonic stratified flow of an ideal gas

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The problem of flow around a smooth convex body moving horizontally at a constant subsonic velocity in a stratified atmosphere at rest consisting of an ideal gas is considered. By the condition of the problem, the (vertical) gradient of the Bernoulli function (taking into account the potential energy of a uniform gravity field) in the atmosphere at rest at all altitudes is nonzero (as is the case in the Earth's standard atmosphere at altitudes up to 51 km), and the flight altitude does not exceed a value equal to the square of the body's flight speed divided by twice the acceleration of gravity. The surface of the earth is considered flat. The coordinate system associated with the body is used. The general spatial case is considered (an asymmetric body or a symmetric body at an angle of attack). We use the generally accepted assumption that in some neighborhood of the stagnation streamline (streamline that ends on the body at the forward stagnation point) there is no second stagnation point, the flow parameters in this neighborhood are twice continuously differentiable, and the stagnation point is spreading point (i.e. in some neighborhood of it, all streamlines on the surface of the body start at this point). Based on a rigorous analysis of the Euler equations, it is shown that the existence of a stationary solution to the problem contradicts this generally accepted (but not strictly proven) idea of the stagnation streamline. This property of the solution of the problem is called paradoxical and casts doubt on the existence of the solution.

About the authors

Grigory B. Sizykh

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Author for correspondence.
Email: o1o2o3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5821-8596
SPIN-code: 5348-6492
Scopus Author ID: 6508163390
ResearcherId: ABI-3162-2020
http://www.mathnet.ru/person112378

Cand. Phys. & Math. Sci; Associate Professor; Dept. of Higher Mathematics

Russian Federation, 141700, Dolgoprudny, Institutskiy per., 9

References

  1. Sizykh G. B. Helical vortex lines in axisymmetric viscous incompressible fluid flows, Fluid Dyn., 2019, vol. 54, no. 8, pp. 1038–1042. EDN: WHGVGS. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462818060083.
  2. Mironyuk I. Yu., Usov L. A. The invariant of stagnation streamline for a stationary vortex flow of an ideal incompressible fluid around a body, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2020, vol. 24, no. 4, pp. 780–789 (In Russian). EDN: HMRRXC. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1815.
  3. Markov V. V., Sizykh G. B. Existence criterion for the equations solution of ideal gas motion at given helical velocity, Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2020, vol. 28, no. 6, pp. 643–652 (In Russian). EDN: BEONTY. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2020-28-6-643-652.
  4. Van Dyke M. An Album of Fluid Motion. Stanford, California, Parabolic Press, 1982, 176 pp.
  5. Matyash E. S., Savelyev A. A., Troshin A. I., Ustinov M. V. Allowance for gas compressibility in the $gamma$-model of the laminar–turbulent transition, Comput. Math. Math. Phys., 2019, vol. 59, no. 6, pp. 1720–1731. EDN: PHGAXX. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965542519100117.
  6. Korolev G. L. Steady viscous flow past an elliptic cylinder up to Reynolds number 900, TsAGI Science Journal, 2012, vol. 43, no. 5, pp. 615–635. DOI: https://doi.org/10.1615/TsAGISciJ.2013007000.
  7. Egorov I. V., Fedorov A. V., Palchekovskaya N., Obraz A. O. Effects of injection on heat transfer and the boundary-layer instability for a hypersonic blunt body configuration, Int. J. Heat Mass Transfer, 2020, vol. 149, 119197. EDN: RNXRVP. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119197.
  8. Chuvakhov P. V., Egorov I. V. Numerical simulation of disturbance evolution in the supersonic boundary layer over an expansion corner, Fluid Dyn., 2021, vol. 56, no. 5, pp. 645–656. EDN: ZYLZDV. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462821050025.
  9. Loytsyansky L. G. Mechanics of Liquids and Gases, International Series of Monographs in Aeronautics and Astronautics, vol. 6. Oxford, Pergamon Press, 1966, xii+804 pp.
  10. Ovsyannikov L. V. Lektsii po osnovam gazovoi dinamiki [Lectures on Basic Gas Dynamics]. Moscow, Izhevsk, Institute of Computer Studies, 2003, 336 pp. (In Russian). EDN: QJPLMV
  11. Ladyzhenskii M. D. Prostranstvennye giperzvukovye techeniia gaza [Spatial Hypersonic Gas Flows]. Moscow, Mashinostroenie, 1968, 120 pp. (In Russian)
  12. Nikol’skii A. A. Teoreticheskie issledovaniia po mekhanike zhidkosti i gaza [Theoretical Studies in Fluid and Gas Mechanics], Tr. TsAGI, vol. 2122. Moscow, TsAGI, 1981, 286 pp. (In Russian)
  13. Mironyuk I. Yu., Usov L. A. Stagnation points on vortex lines in flows of an ideal gas, Proc. of MIPT, 2020, vol. 12, no. 4, pp. 171–176 (In Russian). EDN: GICTHX. DOI: https://doi.org/10.53815/20726759_2020_12_4_171.
  14. Sizykh G. B. Integral invariant of ideal gas flows behind a detached bow shock, Fluid Dyn., 2021, vol. 56, no. 8, pp. 1027–1030. EDN: FWLWLT. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462821080097.
  15. Ankudinov A. L. A kinetic shock layer in the spreading plane of a lifting-body apparatus, Fluid Dyn., 2021, vol. 56, no. 7, pp. 967–974. EDN: XDTFTI. DOI: https://doi.org/10.1134/S0015462821070028.
  16. Sizykh G. B. Second integral generalization of the Crocco invariant for 3D flows behind detached bow shock wave, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2021, vol. 25, no. 3, pp. 588–595 (In Russian). EDN: LRHSER. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1861.
  17. Batchelor G. K. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge, University Press, 1970, xviii+615 pp.
  18. Sizykh G. B. The stagnation line behind a detached bow shock wave in plane flows, Proc. of MIPT, 2022, vol. 14, no. 4, pp. 84–94 (In Russian).
  19. Sedov L. I. A Course in Continuum Mechanics, vol. 1, Basic Equations and Analytical Techniques. Groningen, The Netherlands, Wolters-Noordhoff Publ., 1971, xix+242 pp.
  20. Mises R. Mathematical Theory of Compressible Fluid Flow, Applied Mathematics and Mechanics, vol. 3. New York, London, Academic Press, 1958, xiii+514 pp.
  21. Pontryagin L. S. Ordinary Differential Equations, Adiwes International Series in Mathematics. London, Paris, Pergamon Press, 1962, vi+298 pp.
  22. Sizykh G. B. Solution of the Dorodnitsin problem, Proc. of MIPT, 2022, vol. 14, no. 4, pp. 95–107 (In Russian).
  23. Prim R., Truesdell C. A derivation of Zorawski’s criterion for permanent vector-lines, Proc. Amer. Math. Soc., 1950, vol. 1, no. 1, pp. 32–34. DOI: https://doi.org/10.2307/2032429.
  24. Truesdell C. The Kinematics of Vorticity, Indiana University Publications Science Seres, vol. 14. Bloomington, Indiana University Press, 1954, xvii+232 pp.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Flow around a body by a stratified flow

Download (75KB)

Copyright (c) 2023 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».