ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Гидродинамические силы при установившемся безвихревом движении из "Механика жидкости " Рассмотрим вопрос, который может быть назван задачей о лобовом сопротивлении нулевого порядка , а именно задачу о лобовом сопротивлении тела произвольной формы в установившемся однородном потоке невязкой несжимаемой жидкости. Если движение тела в такой жидкости начинается из состояния покоя, то возникающее при этом движение жидкости в соответствии со сказанным в 6-6 будет оставаться безвихревым. [c.394] Подобным Mve образом можно показать, что подъемная сила также равна нулю. В общем случае гидродинамическое воздействие на любое тело в бесконечном установившемся безвихревом потоке без циркуляции равно нулю или сводится к ларе сил. Введение циркуляции (в форме безвихревого вращательного движения, или потенциального вихря) приводит к появлению подъемной силы однако сила лобового сопротивления всегда остается равной нулю. Даже если подъемная сила имеет конечную величину, то все равно совершаемая ею работа равна нулю, так как подъемная сила направлена под прямым углом к скорости невозмущенного потока. [c.396] Можно видеть, что функция тока (15-8) получается суперпозицией функции тока (15-14) и функции тока однородного движения жидкости со скоростью Vo (таким образом, координатная система становится неподвижной относительно цилиндра). При этом скорость движения жидкости относительно цилиндра будет по-прежнему определяться выражением (15-10). Следовательно, остаются в силе и выражения (15-12) и (15-13). Поэтому вывод об отсутствии лобового сопротивления и подъемной силы останется верным и в случае равномерного движения тела в покоящейся жидкости. [c.396] Чтобы тело двигалось в жидкости с ускорением, к нему должна быть приложена не только сила, необходимая для ускорения самого тела, но еще и дополнительная сила, необходимая для ускорения жидкости, приводимой в движение телом. Эта дополнительная сила является результатом взаимодействия между телом н жидкостью и обусловливает дополнительное сопротивление движению тела сверх того сопротивления реальной жидкости, которое имело бы место при равномерном движении тела с данной скоростью. Покажем это, рассмотрев изменение кинетической энергии тела и жидкости в процессе ускорения. [c.396] Величина кМ называется присоединенной массой, а (M + kM )—виртуальной массой. При известном k движение тела может рассматриваться как бы без учета присутствия окружающей жидкости, но с массой, увеличенной на присоединенную, массу жидкости. Коэффициент присоединенной массы зависит от формы тела и характера движения тела в жидкости. В предположении о безвихревом (потенциальном) обтекании он может быть получен теоретическим путем. При этом оказывается, что для цилиндра, ориентированного своей образующей перпендикулярно направлению движения, ft=l,0, для шара А = 0,5, а для эллипсоида вращения, большая ось которого параллельна направлению движения и вдвое превышает малую ось, fe = 0,20. Экспериментальные данные для тел, совершающих гармонические колебания в реальных жидкостях, дают хорошее совпадение с результатами расчета на основе теории потенциального движения (Л. 2]. [c.397] Несколько отличный, но аналогичный результат получается, когда тело неподвижно, а жидкость обтекает его с ускорением. Очевидно, что в этом случае изменение массы тела при неизменности его формы и размера никак не скажется на силе воздействия жидкости на тело. Однако, как и прежде, изменение кинетической энергии жидкости в процессе ее ускорения является результатом действия на жидкость всех внешних сил. В данном случае в их число будут входить, помимо силы взаимодействия между телом и окружающей его жидкостью, также и силы, действующие по внешним границам системы жидкость — тело. Действие этих сил может быть показано из следующих качественных соображений. [c.398] Величина kM представляет собой присоединенную массу, аналогичную таковой для движущегося тела. Однако теперь эта сила гидродинамического взаимодействия между телом и жидкостью является полной силой F, приложенной к телу. Эта сила равна интегралу по поверхности тела от составляющей силы давления на направление движения. Заметим, что формула (15-23) идентична формуле (15-18), если в последней масса тела равна массе вытесненной жидкости, т. е. М = М. [c.399] Задача об обтекании неподвижных тел ускоренным потоком приобретает важное значение при определении волновых сил, действующих на сквозные морские конструкции, подверженные действию морских волн. Для такого волнового движения как скорости частиц жидкости, так и их ускорения могут рассматриваться как гармонические функции времени . При этом в дополнение к рассмотренным выше силам, связан 1ым с ускорением течения, должны, конечно, приниматься во внимание гидродинамические силы лобового сопротивления. [c.399] Вернуться к основной статье