Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обтекание тел потоком


Обтекание тел потоком - наиболее частый случай взаимодействия потока и погруженного в него тела в технологических процессах водного транспорта леса: движение судна, обтекание лесотранспортной единицы - бревна, пучка, плота, лесонаправляющего сооружения и т. д.
При движении погруженного в воду тела или при обтекании тела потоком возникает в первом случае сопротивление движению, а во втором -влекущая сила потока.
Величина этих сил зависит от характера течения относительно тела. Если относительное движение тела и жидкости происходит без образования вихрей, то есть ламинарно (при малых значениях критерия Рейнольдса Re), то сопротивления будут вызваны почти исключительно наличием вязких напряжений, которые возникают как непосредственно у обтекаемого тела, так и на известном расстоянии от него. Такие сопротивления называют сопротивлениями деформации.
С увеличением Re деформации жидкости сосредотачиваются в ближайшем к телу (пограничном) слое жидкости. Причем, в этом слое может быть как ламинарный, так и турбулентный характер. Сопротивления, возникающие при этом, называют поверхностными.
При больших значениях Re всегда возникает значительное местное понижение давления у тела с участками обратного течения, что влечет за собой образование вихрей. Возникающие при этом сопротивления называют сопротивлениями формы.
При этом необходимо иметь в виду, что сама по себе форма тела еще не определяет величины сопротивления. Кроме формы тела, существенную роль играет направление потока или движущегося в нем тела.
Общий вид зависимости для определения величины сил сопротивления установлен Ньютоном:
Обтекание тел потоком

Принимая коэффициент сопротивления C0 постоянным и зависящим только от формы тела, Ньютон не учитывал изменения массы жидкости, увлекаемой телом при его движении.
Опыт показывает, что для одной и той же жидкости и тела коэффициент CD зависит от скорости и от числа Рейнольдса. При малых скоростях, когда поток близок к ламинарному, силу P можно считать пропорциональной первой степени скорости. При дозвуковых скоростях в жидкой среде сила P пропорциональна кубу скорости. При скоростях, близких и превышающих скорость звука (при турбулентном движении), сила P будет пропорциональна квадрату скорости.
Выражения для коэффициента сопротивления CD могут быть получены теоретически для некоторых простейших форм. Однако для большинства форм, особенно для лесосплавных объектов, коэффициенты определяются экспериментально. Значения CD экспериментально определяют либо в аэродинамических трубах - при неподвижных телах - либо в гидравлических лотках - при подвижных телах и неподвижной жидкости.
Силу сопротивления Р, испытываемую шаром, падающим в вязкой жидкости, впервые установил Стокс:
Обтекание тел потоком

Более известна формула Стокса для определения скорости падения шара:
Обтекание тел потоком

Коэффициент сопротивления для шара имеет вид
Обтекание тел потоком

Формула Стокса является вполне точной для частиц радиусом до 0,1 мм.
Для силы сопротивления, испытываемого цилиндром при движении в жидкости, Карман получил теоретически следующее выражение:
Обтекание тел потоком

Таким образом, теоретическое значение коэффициента сопротивления для плохо обтекаемого тела, погруженного в жидкость, зависит от двух величин: u/v и I/d.
Если тело имеет такую форму, что при движении жидкость разделяется правильно впереди тела, а позади него правильно смыкается, то сопротивление подобного тела будет малым, и такое тело считается хорошо обтекаемым.
Формы подобных тел для скоростей движения, не достигающих звуковых (при газовой среде) или волновых, в общем случае близки к рыбообразным.
Для некоторых хорошо обтекаемых тел установлено, что их полное сопротивление не выше сопротивления трения для плоской поверхности обтекаемого тела. Такое сопротивление носит название сопротивления трения. В этом случае формула сопротивления может быть представлена в виде
Обтекание тел потоком

Для плохо обтекаемых тел, например, пластины, поставленной нормально к направлению потока, в качестве характерной площади обтекаемого тела принимается площадь его поперечного сечения, нормального к направлению движения. Эта площадь, называемая площадью миделя, обозначается знаком ®. В этом случае преобладающими являются нормальные давления, и сопротивление носит название сопротивление давления.
При этом формула сопротивления принимает вид
Обтекание тел потоком

Для тел, плохо обтекаемых, но значительно удлиненных в направлении движения, когда нельзя пренебрегать ни сопротивлением давления, ни сопротивлением трения, суммарное сопротивление определяют-по зависимости
Обтекание тел потоком

Значения коэффициентов сопротивления колеблются в широких пределах. Например, коэффициент С, в зависимости от формы тела изменяется от 2,0 (для пластинки, поставленной нормально к направлению потока) до 0,03 (для хорошо обтекаемого тела каплевидной формы). Коэффициент f в зависимости от шероховатости поверхности также колеблется в значительных пределах. Например, для плавающего ряда бревен, расположенных нормально к направлению течения, f = 0,020...0,025, а для гладкой пластины f < 0,003.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: