Импульс жидкости вихревой

Поскольку сопротивление давления определяется только распределением давления по поверхности тела, естественно попытаться в рамках теории идеальной жидкости построить такую схему течения, которая давала бы теоретическое распределение, близкое к действительному. Схема безотрывного обтекания круглого цилиндра потенциальным потоком, рассмотренная в гл. 7, дает удовлетворительный результат только для лобовой части поверхности цилиндра, а на тыльной ее стороне теоретическое и опытное распределения давлений резко расходятся, причем теория приводит к парадоксу Даламбера. Схема отрывного обтекания (Кирхгофа), как отмечено выше, дает более точный результат по распределению скорости, однако расчетное сопротивление при этом почти в 2 раза меньше действительного. Хорошая согласованность теоретических и экспериментальных результатов получается при использовании схемы так называемой вихревой дорожки Кармана, согласно которой за обтекаемым телом образуется полоса, заполненная дискретными вихрями, расположенными в шахматном порядке (рис. 10.3). При определенном соотношении расстояний между вихрями эта дорожка является устойчивой и с помощью уравнения импульсов можно найти теоретическое значение вихревого сопротивления. [c.393]

При турбулентном течении на главное движение жидкости, происходящее вдоль обтекаемой поверхности, налагается поперечное движение, обеспечивающее перенос массы и обмен импульсами в поперечном направлении. Структурные исследования турбулентных потоков показали, что они состоят из вихревых образований различных размеров и интенсивности. В результате течение приобретает ярко выраженный нестационарный характер с пульсациями скорости в широком диапазоне частот. Крупные вихри порождают низкочастотную пульсацию, а мелкие—высокочастотную. Влияние молекулярной вязкости на этот процесс оказывается очень малым, и в известной степени турбулентное течение представляет собой сложное движение идеальной жидкости, в пределах которой вращается бесконечное число вихрей различных размеров и форм. Перенос массы через любую поверхность приводит к изменению количества движения и, следовательно, эквивалентен появлению в потоке добавочных сил, которые часто называют в противовес молекулярным силам силами турбулентного трения. Термин трение применительно к турбулентному потоку носит условный характер, и, подчеркивая эту условность, говорят о кажущемся (виртуальном) трении. Сопротивление каналов при переходе к турбулентному режиму тече-164 [c.164]

Скорость потока определяет характер механизма гидроэрозии и интенсивность процесса разрушения металла при кавитации. Известно, что поток жидкости при встрече с препятствием образует вихревые движения. При высоких скоростях потока происходит срыв вихрей с интенсивным образованием кавитационных полостей. Частота срывов вихрей возрастает с увеличением скорости потока. Возникающие в вихревом потоке разрывы способствуют образованию отдельных микрообъемов жидкости, которые в определенный момент приобретают большую кинетическую энергию, а энергия расходуется при движении и ударе на разрушение микрообъемов металла. При высоких скоростях потока возможны и другие явления, вызывающие разрушение металла в микрообъемах. В некоторых работах [32, 58 ] указана вероятность возникновения в потоке высокочастотных импульсов отрыва жидкости, которые могут вызвать разрушение металла на отдельных микроучастках поверхности. Вопросы, связанные с влиянием скорости потока на механизм гидроэрозии металла, мало исследованы, и пока нет возможности предложить утвердительные практические рекомендации. [c.55]

Легко видеть, что в этом случае энергия, сообщаемая жидкости, состоит из двух частей первая часть представляет собой некоторое количество энергии, уходящей в бесконечность, другая часть остается в той области жидкости, которая подвергалась действию импульса. Первое количество энергии соответствует волновому сопротивлению, вторая часть — вихревому индуктивному сопротивлению. [c.40]

Если, как в случае вихревой пары или системы вихревых пар, алгебраическая сумма напряжений всех вихрей равна нулю, то мы можем разработать двухмерную теорию импульса аналогично теории, данной в 119, 152 для случаев конечной вихревой системы. Более подробный вывод предоставляем сделать читателю. Если Р а Q обозначают компоненты импульса, соответственно параллельные оси X и оси у, н N обозначает момент импульса относительно оси Ог, причем все вЗято для слоя жидкости с толщиной по оси г, равной единице, то мы найдем, что [c.287]

Важно заметить, что образование вихревой пелены, например, в следе движущегося крылового профиля не противоречит теореме об отсутствии вихрей в жидкости, которая начала двигаться из состояния покоя под действием приложенного импульса. [c.354]

Покажем, что величина вихревого импульса, который требуется для создания движения жидкости из состояния покоя, не зависит от времени, даже если течение неустановившееся. В самом деле, из (1.112) с учетом уравнения Гельмгольца (1.15) имеем [c.72]

Другая величина, необходимая для описания вращательного движения жидкости, вызванного из состояния покоя, - результирующий момент импульса. Ламб [1947, п. 152] определил момент импульса, связанный с завихренностью (или вихревой момент импульса), следующим образом [c.73]

Баланс импульса составим для элемента А вихревой трубки длиной ds, ограниченной боковой цилиндрической поверхностью I и двумя плоскими торцами S и 5г, перпендикулярными t. Балансовое уравнение имеет вид (для единичной плотности жидкости) [c.282]

Здесь Р[ означает силу на единицу длины вихря, действующую на границу ядра со стороны жидкости внутри вихревой нити. Таким образом, уравнение баланса импульса (5.70) записывается как равенство сил [c.283]

Величина Н, умноженная на плотность жидкости р/, совпадает с кинетической энергией вихревого движения жидкости. Она определяется характером распределения завихренности и не зависит от времени [Бэтчелор, 1973]. Более того, гамильтониан (6.5) инвариантен относительно трансляций и вращений плоскости (х, у). Эти свойства приводят к известным законам сохранения импульса и момента импульса (см. п. 1.6). [c.322]

Турбулентность принадлежит к числу очень распространенных и, вместе с тем, наиболее сложных явлений природы, связанных с возникновением и развитием организованных структур (вихрей различного масштаба) при определенных режимах движения жидкости в существенно нелинейной гидродинамической системе. Прямое численное моделирование турбулентных течений сопряжено с большими математическими трудностями, а построение общей теории турбулентности, из-за сложности механизмов взаимодействующих когерентных структур, вряд ли возможно. При потере устойчивости ламинарного течения, определяемой критическим значением числа Рейнольдса, в такой системе возникает трехмерное нестационарное движение, в котором, вследствие растяжения вихрей, создается непрерывное распределение пульсаций скорости в интервале длин волн от минимальных, определяемых вязкими силами, до максимальных, определяемых границами течения. На условия возникновения завихренности и структуру развитой турбулентности оказывают влияние как физические свойства среды, такие как молекулярная вязкость, с которой связана диссипация энергии в турбулентном потоке, так и условия на границе, где наблюдаются тонкие пограничные вихревые слои, неустойчивость которых проявляется в порождении ими вихревых трубок. Турбулизация приводит к быстрому перемешиванию частиц среды и повышению эффективности переноса импульса, тепла и массы, а в многокомпонентных средах - также способствует ускорению протекания химических реакций. По мере накопления знаний о разнообразных природных объектах, в которых турбулентность играет значительную, а во многих случаях определяющую роль, моделирование этого явления и связанных с ним эффектов приобретает все более важное значение. [c.5]

Первый из них выражает закон сохранения энергии вихрей. Второй интеграл есть следствие инвариантности гамильтониана относительно сдвигов вдоль оси г и с точностью до множителя совпадает с импульсом течения жидкости, обусловленного наличием системы вихревых колец. Так как = О, то при М = 2 система (1.3) является интегрируемой по Лиу-виллю для всех значений параметров Г1 и Г2. Докажем теперь, что в случае трех вихревых колец задача уже не всегда будет интегрируемой. [c.370]

Интегральные инварианты уравнений движения. Как и в общем трехмерном случае, плоское вихревое движение идеальной неограниченной жидкости имеет некоторые физические величины, которые остаются постоянными во времени. Впервые они четко систематизированы в лекциях А.Пуанкаре [201], хотя ряд из них был упомянут в работах Г.Гельмгольца [135] и Г.Кирхгофа [35]. Отметим, что в силу специфики плоского движения непосредственное использование заведомо постоянных ( без приложения внешних сил и диссипации ) значений импульса, момента импульса и кинетической энергии всей жидкости оказывается невозможным, так как соответствующие интег- [c.48]

Теория расчета вихревого насоса может быть рассмотрена с использованием теоремы импульсов. Для этого составим уравнение равновесия сил в потоке жидкости на длине Ш кольцевого канала (считаем, что боковой канал концентричен относительно оси вращения колеса и имеет постоянное сечение гидравлическими потерями пренебрегаем) [c.177]

Одно из преимуществ описания движеиия жидкости через распределения завихренности заюночается в существовании инвариантов вихревого движения, которые определяются по начальному распределению завихренности и не меняются со временем. Тем самым ряд свойств течения можно предсказать, не изучая детали течения. К числу первых двух инвариантов относятся так называемые вихревой импульс и вихревой момент импульса. [c.71]

Уравнения гидродинамики и их интегралы. Уравнения гидродинамики в форме Эйлера. Теоремы Бернулли и Лагранжа. Сообщение движения жидкости импульсом. Теорема Томсона. Гельмгольцев принцип сохранения напряжения вихревой нити. Основные принципы динамики, отнесенные к жидкой массе. Определенность гидрокннетической задачи. [c.322]

Теорема импульсов может применяться также в случае частично установившихся движений, когда в определенной части рассматриваемой области жидкости происходят периодические явления (например, вихрь Кармана, см. т. И). В этом случае картина течения около постороннего тела через определенный промежуток времени повторяется. Систему отсчета располагают так, чтобы вихревая система была установившейся а контрольную поверхность составляют из плоскости, проходящей через вихревую систему, и поверхности, проходящей через с вершенно невозму- [c.210]

Рассматривая импульс вихревого движения жидкости в ограниченной области, Владимиров [1977а] интерпретирует поверх1юстный интеграл в соотношении (1.111) как присоединенный импульс, вызванный распределением [c.74]

В этой же работе дается обобщение определения вихревого импульса нг случай течения неоднородной по плотности несжимае.мой жидкости [c.75]

Заметим, что, как и система точечных вихрей [Гешев, Черных, 1983], система вихревых частиц в круге допускает интегралы движения, независящие от времени - инварианты. Во-первых, это сам гамильтониан Я,у (6.59), который соответствует кинетической энергии движения завихренной жидкости. Во-вторых, поскольку область движения жидкости - круг, то в силу инвариантности гамильтониана (6.59) относительно вращений существует интеграл движения, связанный с законом сохранения момента импульса [c.378]

Наличие вихревых нитей приводит к нарушению сверхтекучести. Дело в том, что возбуждения, образующие нормальную часть жидкости, могут рассеиваться нитями /И передавать им свой импульс. Это приводит к появлению силы трения между нормальной и сверхтекучей частью, так что движение сверхтекучей части начинает сопровождаться диссипацией энергии. Уравнения движения сверхтекучей жидкости при наличии вихрей были наиболее общим образом сформулированы И. Л. Бекаревичем и И. М. Халатниковым (1961). В этих уравнениях наличие вихрей учитывается введением среднего ротора скорости сверхтекучей части, определяемого из условия [c.660]

Гельмгольц (Helmholtz) Герман Людвиг Фердинанд (1821-1894) — крупный немецкий ученый. Учился в Военно-медицинском институте (Берлин) с 1849 г. работал профессором в ряде университетов в Германии, директором Физико-технического института. Автор рядя фундаментальных работ по физике, биофизике, физиологии, психологии. Впервые (1847 г.) математически обосновал закон сохранения энергии, показав его всеобщий характер ( 0 сохранении силы ). Разработал термодинамическую теорию химических процессов, ввел понятие свободной и связанной энергии. Автор основополагающих работ по теории слуха и зрения, по процессам сокращения мышц и распространению нервного импульса, В гидродинамике заложил основы вихревого движения (1858 г.) жидкости и аномальной дисперсии работы по теории разрывных движений, по теории механического подобия и теории волн. Член многих академий наук. [c.109]

Пр11меняя теорему импульсов, следует обратить внимание на то, что течение, в котором позади тела периодически образуются новые вихри, есть течение неустановивпгееся. Однако, если взять систему отсчета, двигающуюся вместе с вихревыми ядрами (скорость м), то тогда внешние масти течения спереди и сзади можно рассматривать приближенно как МСТИ установившегося течения. В такой системе отсчета через левую онтрольную плоскость входит невозмущенная жидкость со скоростью и с рава контрольная плоскость проходит между двумя вихрями. В самой 1 хревой дорожке течение происходит справа налево, снаружи же это - ение переходит в течение слева направо со скоростью и. [c.147]

Третья составляющая сопротивления получается благодаря интегралам импульса и давления на коротких сторонах (соответствующих основаниям цилиндра в 87), одна из которых находится в не13озмущенной жидкости, а другая пересекает вихревую дорожку. Течение в обоих этих местах потенциальное и — если пренебречь действием движущегося вместе с телом источника — установившееся, следовательно, к нему можно применить обычное уравнение Бернулли. Выполнение вычисления даст для этой составляющей величину [c.149]

Известно, что с тел, обтекаемых потоком жидкости, срываются вихри это явление особенно хорошо заметно при наблюдении за движением быстротекущей воды у быков моста. За быками видны отшнуровывающиеся поочерёдно слева п справа от них вихри, образующие цепочку вихрей, или так называемую вихревую дорожку Кармана (рис. 155). Мы не имеем здесь возможности подробно рассмотреть вопрос о самом механизме возникновения вихрей, хотя он и представляет интерес с физической точки зрения. Отметим только, что каждый срывающийся с обтекаемого тела вихрь создаёт определённый импульс давления и служит, таким образом, источником звука. [c.244]

Известно, что с тел, обтекаемых потоком жидкости, срываются вихри это явление особенно хорошо заметно при наблюдении за течением воды у быков моста. За быками видны отшнуровывающиеся поочередно слева и справа от них вихри, образующие цепочку вихрей, или так называемую вихревую дорожку Кармана (рис. 162). Каждый срывающийся с обтекаемого тела вихрь создает определенный импульс давления и служит, таким образом, источником зву- [c.254]

Поле величин —рф можно трактовать как поле импульсов давления р переводящих покоящуюся жидкость мгновенно в данное состояние движения с количеством движения, определяемым полем вектор эв pV. Противоположная по знаку величина рф определяет импульсы давления, мгновенно приводящие движущуюся заданным образом жидкость в покоящееся состояние. Отметим, что факт существования поля импульсных давлений, создающих мгновер[но заданное поле скоростей, является прямым следствием наличия в потоке потенциала скоростей, т. е. безвихревого характера движения. Если движение вихревое, то поля импульсов давления, обладающих свойством образовывать заданное поле скоростей, не существует. [c.402]

Импульс, момент импульса и энергия. Кроме кинематических характеристик, определяемых полем скорости и завихренности, вихревое движение обладает и динамическими свойствами. К ним, в первую очередь, принадлежат импульс7, момент импульса М и кинетическая энергия Г всего объема жидкости. Эти величины важны из-за того, что такими интегральными характеристиками регулируется поведение динамической системы в целом. Можно сказать, что весь процесс движения жидкости определяется начальными значениями импульса и энергии. Способы задания этих величин в конкретных ситуациях могут быть весьма разнообразны. [c.43]

Количественный расчет параметров трехмерного осеси.<<метрично-го вихревого кольца при внезапном извлечении из идеальной жидкости круглого тонкого диска сделал Дж.Тейлор [236]. Приравнивая импульс и кинетическую энергию жидкости при потенциальном безотрывном обтекании диска радиуса с, движущегося со скоростью и, импульсу и кинегаческой энергии вихревого кольца [c.225]

Попыткой объяснить природу неизбежных потерь энергии в вихревом насосе явилась гипотеза обмена количеством движения, разработанная немецким у.ченым В. Шмидхеном [22]. Благодаря наличию продольного вихря жидкость проходит через рабочее колесо, приобретая окружную составляющую скорости, большую скорости жидкости в канале. При смешении жидкости, текущей по каналу и выходящей из рабочего колеса, жидкость в канале получает ударный импульс в направлении движения колеса. В результате увеличивается давление вдоль канала. Перемешивание частиц жидкости, движущихся в канале с разными скоростями, приводит к интенсивному вихреобразованию [c.12]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...