гидродинамическое сопротивление

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ - сила, действующая на тело и препятствующая его движению в жидкости (газе), а также сила, действующая на жидкость (газ) и препятствующая движению жидкости, соприкасающейся на границах потока с др. телами - твёрдыми, жидкими или газообразными. Г. с. направлено в сторону, противоположную движению. Определение Г. с.- одна из осн. задач гидроаэромеханики, решение к-рой позволяет найти необходимую тягу дви-гат. установок летат. аппаратов, морских и речных судов, скорость их движения, требуемые мощности энергоустановок, насосных и компрессорных станций, рассчитывать газовые, воздушные и гидравлич. сети, сан-техн. и вентиляц. устройства и др.

Г. с. - результат воздействия разностей давлений, возникающих при обтекании тел и касат. напряжений, действующих на границах соприкосновения тела и жидкости (газа) и состоит из сопротивления давления и сопротивления трения. Первое представляет собой проекцию на направление движения равнодействующей нормальных, а второе - касательных к поверхности составляющих силы, с к-рой жидкость действует на каждый элемент поверхности тела.

Сопротивление давления Х_д представляют как произведение разности давлений на передней и задней сторонах обтекаемого тела на площадь его миделевого сечения S. Разность давлений пропорциональна скоростному напору , где - плотность жидкости (газа), v - скорость жидкости или тела. Сопротивление трения Х_тр также пропорционально q и площади соприкосновения тела с жидкостью; при известной форме тела эту площадь можно выразить через S. Полное Г. с. , где с_х- безразмерный коэф. сопротивления, зависящий от подобия критериев - Рейнолъдса числа Re и Маха числа M.

Если тело произвольной формы движется равномерно в безграничной жидкости, лишённой трения, так, что жидкость смыкается за телом, сопротивление давления Х_д равно нулю (см. Д-Аламбера - Эйлера парадокс ).При движении тела в вязкой жидкости за телом образуются вихри, не позволяющие жидкости (газу) смыкаться за телом, и сопротивление давления не равно нулю. Часть кинетич. энергии движущегося тела затрачивается на образование, отрыв и движение вихрей и по мере их рассеивания необратимо превращается в теплоту. Необратимо переходит в теплоту и часть кинетич. энергии, расходуемая на преодоление сопротивления трения Х_тр. Гл. часть Г. с. плохо обтекаемых тел (напр., пластинки, перпендикулярной потоку,- рис. 1) составляет сопротивление давления, а для хорошо обтекаемых тел (напр., тонкой пластинки, движущейся в своей плоскости,- рис. 2) Г. с. почти полностью состоит из сопротивления трения.

При движении тела на поверхности или вблизи поверхности тяжёлой жидкости возникает дополнительно волновое сопротивление. В случае движения тел в воздухе или ином газе Г. с. наз. аэродинамическим сопротивлением, к-рое подразделяют на составляющие: донное сопротивление, индуктивное сопротивление и волновое сопротивление.

Г. с., возникающее при движении жидкости (газа) по трубам, каналам, открытым руслам, обычно наз. гидравлич. сопротивлением. В этом случае часть энергии (напора) движущейся жидкости (газа) затрачивается на преодоление внутреннего (между частицами жидкости) и внешнего (между движущейся жидкостью или газом и ограничивающими поверхностями) трения в плавных участках тракта, а также на образование и отрыв вихрей в неплавных участках - при резких поворотах, расширениях или сужениях русла, перетекании через запорные и регулирующие устройства, решётки, фильтры и т. п. Энергия или напор движущейся жидкости (газа), затраченная на преодоление Г. с., наз. потерянной энергией (или напором) или просто потерями. Потери на трение зависят, в первую очередь, от длины рассматриваемого участка. Они определяются по ф-ле Вейсбаха: , а все потери на местные сопротивления вычисляются по ф-ле . Здесь - потери полного давления, v_ср - ср. скорость жидкости (газа) перед входом в рассматриваемый участок, и - безразмерные коэф. потерь на трение и местные сопротивления, зависящие от распределения скоростей по сечению перед входом потока в рассматриваемый участок и от чисел Re и M. В соответствии с ф-лой Вейсбаха , где - коэф. трения, l- длина, a d_T - гидравлич. диаметр канала. Для определения существуют разл. теоретические и эмпирич. ф-лы, учитывающие их зависимость от Re, M и шероховатости поверхности. Полное Г. с. участка канала

Теоретич. расчёт Г. с. возможен лишь в простейших случаях (напр., при безотрывном обтекании нек-рых хорошо обтекаемых тел или при течении жидкости по прямой цилиндрич. трубе), поэтому в технике Г. с, определяют по эмпирич. зависимостям с_х и от критериев подобия, полученным на основании многочисл. эксперим. исследований.

Лит.: Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., M., 1978; Идельчик И. E., Справочник по гидравлическим сопротивлениям, 2 изд., M., 1975; Альтшуль А. Д., Киселев П. Г., Гидравлика и аэродинамика, 2 изд., M., 1975. С. Л. Вишневецкий.

   <<      Предметный указатель      >>