Гидравлические сопротивления при обтекании твердого тела потоком жидкости или газа.



При обтекании твердого тела потоком жидкости или при движении твердого тела в покоящейся жидкости возникают гидравлические сопротивления. Эти сопротивления проявляются в непосредственной близости от самого тела и определяются действием сил вязкости и сил, определяемых разностью давления перед обтекаемым телом и за ним. Соотношение между силами трения и давления может быть различным, в зависимости от формы твердого тела, направления движения потока, обтекающего тело, и ряда других факторов.

гидравлическое сопротивление- сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т. д. При обтекании неподвижного тела потоком жидкости (газа) или, наоборот, когда тело движется в неподвижной среде, Г. с. представляет собой проекцию гл. вектора всех действующих на тело сил на направление движения. Г. с.

 Х=Сx (rv2/2)S, где r — плотность среды, v — скорость, S — характерная для данного тела площадь. Г. с, летат. аппаратов наз. аэродинамическим сопротивлением.

 Безразмерный коэфф. Г. с. Сx зависит от формы тела, его положения относительно направления движения и подобия критериев. Силу, с к-рой жидкость действует на каждый элемент поверхности движущегося тела, можно разложить на нормальную и касат. составляющие, т. е. на силу давления и силу трения. Проекция результирующей всех сил давления на направление движения даёт Г. с. давления, а проекция результирующей всех сил трения на направление движения — Г. с. трения. Тела, у к-рых сопротивление от сил давления мало по сравнению с сопротивлением от сил трения, считаются хорошо обтекаемыми. Г. с. плохо обтекаемых тел определяется почти полностью сопротивлением давления. При движении тел вблизи поверхности раздела двух сред образуются волны, в результате чего возникает волновое сопротивление.

 При протекании жидкости по трубам, каналам и т. д. в гидравлике различают два вида Г. с.: сопротивление трения, прямо пропорц. длине участка потока, и местные гидравлич. сопротивления, связанные с изменением структуры потока (отрывы, вихреобразование) на коротком участке при обтекании разл. препятствий (в виде клапанов, задвижек и др.), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении направления его течения. В гидравлич. расчётах Г. с. оценивается величиной «потерянного» напора hv, представляющего собой ту часть уд. энергии потока, к-рая необратимо расходуется на работу сил сопротивления.

 Определение величины Г. с. имеет большое значение при проектировании и постройке самых разнообразных гидротехн. сооружений, установок и аппаратов (турбинные установки, воздухо- и газоочистит. аппараты, газо-, нефте- и водопроводные магистрали, компрессоры, насосы и т. д.).

Суммарное сопротивление при обтекании твердого тела.

В общем случае сопротивление при обтекании твердого тела потоком жидкости или при движении твердого тела в жидкость представляет собой сумму сопротивлений трения и сопротивлений давления. Суммарное или полное сопротивление (лобовое сопротивление обычно определяется по формуле, структура которой предложена ещё Ньютоном:

где cx - коэффициент лобового сопротивления, зависит от формы тела, Re и, в несколько меньшей степени, от степени турбулентности невозмущенного потока.

 

Зависимости cх от Re получают экспериментально для конкретного тела.

Для твердых тел с резко меняющимся профилем (диски, пластины, расположенные поперек потока кубы, профили зданий и т.п.) коэффициент лобового сопротивления практически не зависит от числа Re. Опытным путем установлена экспериментальная зависимость cx=f(Re) для различных условий движения шаров в жидкости, представленная в логарифмических координатах (рис.).

Изменение числа Re влечет за собой изменение соотношения между действующими на тело силами трения, инерции и давления (рис.) Причем увеличение Rе приводит к уменьшению влияния сил трения и повышению влияния сил инерции и давления. Кроме того, при изменении Rе меняется положение точки отрыва пограничного слоя и его структура. До тех пор, пока пограничный слой остается ламинарным (10<Rе<103), точка отрыва находится в лобовой части сферы (рис. а).

При 103<Re<105 ламинарный пограничный слой постепенно переходит в турбулентный и точка отрыва смещается в кормовую область (рис. б).

В этом диапазоне чисел Rе сопротивление увеличивается за счет возрастания действия разности давлений перед шаром и за ним. Кривая cx=f(Re) приближается к горизонтали. Полный переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный происходит при Re=Reкр=105. В этом случае угол a»110-120° и величина области отрывного течения становится наименьшей (рис. в). Сопротивление резко уменьшается, такое давление называется кризисом сопротивлений.

Рис. 1-Изменение положения точки отрыва пограничного слоя на сфере при различных числах Рейнольдса 2-зависимость коэффициента лобового сопротивления от числа Рейнольдса (1-шар, 2-цилиндр, 3-диск).

Для твердых тел с резко меняющимся профилем (диски, пластины, расположенные поперек потока, кубы, некоторые профили зданий) коэффициент лобового сопротивления практически не зависит от числа Re.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 818;