Сопротивление трения. Пограничный слой

Сопротивление трения. Пограничный слой [c.235]

Лобовое сопротивление. Теории сопротивления трения. Пограничный слой. Уравнения Прандтля. Физические следствия из уравнений Прандтля. Отрыв струи. Преобразование уравнений Прандтля к новым переменным. Пограничный слой на плоской пластинке. Метод Блазиуса. Интегральное соотношение Кармана. Исследование пограничного слоя при помощи интегральных соотношений. Определение сопротивления трения профилей Жуковского. Влияние толщины и изогнутости профиля на местные и полные коэффициенты трения. [c.214]

Стационарное поле линий скольжения в пластической области при скольжении эллиптического цилиндра с границей контакта О А показано на рис. 1. Вследствие несжимаемости пластического материала точки О и В жесткопластической границы находятся на границе полупространства. На границе контакта принимаем напряжение контактного трения fi, которое представляет сопротивление сдвигу пограничного слоя, не превышающее напряжения текучести при сдвиге материала пластической области. При этом из третьего соотношения (4) для ортогональных координат, направленных по касательной и нормали к границе контакта, находим угол наклона 7 линии скольжения г] к границе контакта [c.584]

В литературе часто встречается несколько иная точка зрения, основанная на концепции утолщения пограничного слоя в жидкостях с пониженным сопротивлением. В этом подходе внимание сосредоточивается на структуре пристенной турбулентности, а не на скорости диссипации во всем ноле течения. Для обоснования такого подхода очевидна важность экспериментов по снижению лобового сопротивления в шероховатых трубах, однако опубликованные до сих пор результаты до некоторой степени противоречивы. Корреляции, основанные на этом подходе, часто появляются в литературе и представляются обычно в терминах критического касательного напряжения на стенке Ткр, ниже которого снижение сопротивления не наблюдается. Если для коэффициента трения при отсутствии эффекта снижения сопротивления использовать [c.284]

Шар, к которому по форме приближаются многие твердые компоненты потоков газовзвеси, является плохо обтекаемым телом. Безотрывное обтекание сохраняется лишь при невысоких числах Rex, а положение точки отрыва пограничного слоя от поверхности зависит от режима обтекания, т. е. от Ret- Соответственно меняется и закон сопротивления, который оценивается коэффициентом аэродинамического сопротивления Сш, учитывающим как силы трения, так и разность сил давления в лобовой и кормовой частях шара. [c.47]

В сопротивлении хорошо обтекаемых тел заметную роль играет эффект непосредственного трения жидкости о поверхность в пограничном слое. Этот эффект сравнительно очень мал и потому практически совершенно несуществен для плохо обтекаемых тел (о которых шла речь в предыдущем параграфе). В обратном же предельном случае обтекания плоской пластинки (параллельным ей потоком жидкости) он представляет собой единственный источник сопротивления ( 39). [c.259]

Сопротивление трения при не очень больших скоростях не зависит практически от степени шероховатости поверхности. Это легко понять, вспомнив, что первый слой жидкости, прилегающий к стенке тела, прилипает к ней и существенную роль играет лишь трение внутри жидкости. Однако при больших скоростях обтекания, когда пограничный слой очень тонок, шероховатость стенок может изменить условия обтекания. Если размеры неровностей сравнимы с толщиной пограничного слоя, то они [c.550]

В тех случаях, когда поле полного давления во входном сечении сопла равномерно, а очертания сопла настолько плавны, что в нем нет вихревых областей и скачков уплотнения, сопротивление сопла сводится к сопротивлению трения в пограничном слое. Ввиду того что длина сопла обычно не больше нескольких диаметров сопла, толщина пограничного слоя составляет малую [c.434]

Сопротивление диффузора слагается из потерь на трение и на вихреобразования. Вихревые потери вызываются отрывом пограничного слоя от стенок диффузора, причины которого объяснены в гл. VI они зависят от угла раствора диффузора и играют главную роль. При малых углах раствора диффузора гидравлические потери невелики, но по мере увеличения угла они возрастают. С ростом угла раствора зона вихрей перемещается от конца диффузора к его началу и при больших углах вся стенка покрыта вихревой областью. [c.455]

Пограничный слой может быи. ламинарным или турбулентным. От состояния пограничного слоя в значительной мере зависит и величина сопротивления трения. Обычно в передней части пластинки пограничный слой имеет ламинарный характер по мере увеличения толщины ламинарного слоя он теряет устойчивость и переходит в турбулентный пограничный слой. Состояние пограничного слоя (т. е. будет ли он ламинарным или турбулентным) зависит главным обр азом от числа Рейнольдса, характеризующего движение в этом слое и записываемого в виде [c.236]

В текущем столетии большое развитие получил аналитический метод исследования теплоотдачи, основанный на теории пограничного слоя. Основные уравнения этой теории были установлены Л. Прандтлем в 1904 г. Два первых десятилетия теория пограничного слоя использовалась только для расчета сопротивления трения, позднее она становится также средством исследования процессов теплоотдачи. [c.243]

Л. Прандтль и Т. Карман предложили определить напряжение трения на пластине при турбулентном пограничном слое с помощью результатов экспериментального исследования гидравлического сопротивления при течении жидкости в трубе. [c.330]

В настоящее время разработаны и успешно применяются численные методы-решения многих теплофизических задач расчет температурного состояния-твердых тел, температурных полей в потоках жидкости и газа, в жидких и газовых прослойках, заключенных в неподвижные или вращающиеся полости исследование закономерностей движения теплоносителя с целью выявления механизма процессов теплообмена исследование структуры пограничного слоя, теплообмена и трения на твердой поверхности и т. п. Одним из наиболее успешно развивающихся направлений использования математического эксперимента в теплофизических исследованиях является изучение закономерностей тепломассообмена и трения в потоках жидкости и газа с использованием теории пограничного слоя. Поэтому в качестве примера рассмотрим более подробно основные этапы математического эксперимента по исследованию сопротивления трения и теплоотдачи турбулентного потока к твердой поверхности. Ограничим задачу случаем стационарного течения несжимаемой жидкости с постоянными теплофизическими свойствами около гладкой плоской поверхности (в общем случае проницаемой). [c.66]

Заметим, что если считать, что пограничный турбулентный слой начинается от переднего края пластины, то формула (8.85), определяющая силу сопротивления трения, остается справедливой с той, однако, разницей, что величина 6/ определяется приводимыми ниже соотношениями турбулентного слоя. [c.368]

Приведенное решение показывает, что при обтекании пластины сопротивление трения можно определить, используя всего одну эмпирическую связь между функциями б и Гд. Можно было бы показать, что использованная форма этой связи соответствует степенному распределению скоростей в пограничном слое [c.370]

Сравним сопротивление трения гладкой пластины при ламинарном и турбулентном режимах пограничного слоя. Если бы ламинарный и турбулентный пограничные слои существовали при одном и том же числе Рейнольдса Re = 10 , то согласно формулам (8.77) и (9.8) получили бы [c.370]

В переходном режиме коэффициент сопротивления трения зависит не только от шероховатости, но и от числа Рейнольдса. Л. Прандтль и Г. Шлихтинг, исходя из логарифмического закона скоростей и допущения об аналогии между течением в трубе и в турбулентном пограничном слое, выполнили расчеты коэффициента сопротивления трения во всех трех режимах течения. На рис. 9.6 результаты этих расчетов представлены в виде номограммы. Два семейства кривых создают удобство в пользовании номограммой при выполнении вариантных расчетов. Штриховой линией обозначена граница квадратичной области. Номограмма построена на основе предположения, что турбулентный слой начинается от переднего края пластины. [c.372]

Рис. 9.6. Номограмма для определения коэффициента сопротивления трения в турбулентном пограничном слое на пластине

Сила Rjp сопротивления трения полностью определяется касательными напряжениями на поверхности тела, которые можно рассчитать методами теории пограничного слоя (см. гл. 8 и 9). При этом для отрывного обтекания профилей умеренной относи- [c.394]

Верхний предел интегрирования зависит от характера обтекания тела. Если ламинарный пограничный слой распространяется на всю поверхность, то — продольный размер тела вдоль оси х если имеет место отрыв, то определяет точку отрыва если в пределах поверхности имеет место переход к турбулентному режиму, то определяет точку перехода, за которой сопротивление трению определяется по зависимости турбулентного слоя. [c.365]

Установите связь между средними коэффициентами трения на конусе с к и пластине с fan для ламинарного и турбулентного режимов течения в пограничном слое, предполагая, что параметры невязкого потока, т. е. параметры на границе пограничного слоя, для пластины и конуса одинаковы. Определите без учета влияния сжимаемости сопротивление трения для ламинарного и полностью турбулентного пограничных слоев на поверхности заостренного конуса (полуугол при вершине конуса [c.670]

Определите параметры пограничного слоя (местный и средний коэффициенты трения, распределение толщин слоя), а также сопротивление трения для теплоизолированной поверхности конуса, движущегося со скоростью Vo = 5000 м/с на высоте Я = 10 км. Длина образующей конуса = 5 м, половина угла при его вершине Рк = О . [c.672]

В книге рассматриваются аэродинамические схемы и соответствующие аэродинамические характеристики летательных аппаратов как объектов управления и стабилизации, анализируются понятия устойчивости (статической и динамической), приводятся методы расчета аэродинамических сил и моментов, оказывающих воздействие на устойчивость и управляемость, излагаются схемы, принципы действия, а также методы расчета органов управления (аэродинамических, газодинамических, комбинированных), даются сведения об управлении пограничным слоем (УПС), отрывными течениями, трением, теплопередачей, лобовым сопротивлением и подъемной силой. [c.4]

Управление обтеканием, проявляющееся в непосредственном воздействии на поток газа около летательных аппаратов, используется для улучшения их аэродинамических свойств и позволяет решать две основные задачи. Одна из них связана с таким воздействием на обтекающий газ, при котором достигаются заданные суммарные аэродинамические характеристики или их составляющие. Например, может обеспечиваться нужное значение максимального коэффициента подъемной силы или наивыгоднейшее аэродинамическое качество, требуемое изменение (повышение или снижение) лобового сопротивления, сохранение устойчивости ламинарного пограничного слоя и, как результат, уменьшение трения и теплопередачи. Решение второй задачи позволяет формировать таким образом управляющий поток, чтобы улучшить условия обтекания органов управления и стабилизирующих устройств (оперения) и тем самым повысить управляющий и стабилизирующий эффекты. Кроме того, соответствующие устройства, управляющие движением газа, используются для повышения эффективности реактивных двигателей (в частности, путем улучшения обтекания воздухозаборников), а также отдельных средств механизации летательных аппаратов (щитки, предкрылки, закрылки и др.). [c.103]

Стабилизация пограничного слоя охлаждением. Теплопередача между стенкой и обтекающим газом очень сильно влияет на устойчивость ламинарного пограничного слоя и его переход в турбулентное состояние. Измерения показали, что на охлаждаемой поверхности сопротивление трения меньше, чем на горячей стенке. Это связано с тем, что при охлаждении переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный происходит на большем удалении от передней кромки обтекаемой стенки, т. е. охлаждение способствует повышению устойчивости пограничного слоя. Физически такой эффект объясняется воздействием пониженных температур обтекающего газа на его вязкость и плотность. При охлаждении газа снижается его динамиче- [c.105]

Путем отсоса пограничного слоя можно повлиять на переход ламинарного течения в турбулентное. Отсос пограничного слоя внутрь тела позволяет отодвинуть точку перехода вниз по течению и тем самым уменьшить сопротивление трения. При этом увеличение скорости отсасываемой части газа приводит к возрастанию затрат энергии на отсос. По достижении некоторой оптимальной скорости отсоса ламинарное течение становится абсолютно устойчивым и дальнейшее увеличение скорости, а следовательно, затрачиваемой энергии на отсос становится нецелесообразным, так как приводит лишь к снижению эффективности отсоса. [c.439]

Коэффициент сопротивления ламинарного трения пористой пластины при оптимальном отсосе пограничного слоя вычисляется по формуле [c.448]

Из первого вывода следует более общий практический вывод для уменьшения сопротивления трения хорошо обтекаемого тела необходимо добиваться увеличения участка ламинарного пограничного слоя и уменьшения участка турбулентного. [c.333]

Закон сопротивления трению Прандтля для турбулентного течения (24.93) в виде кривой 2 представлен на рис. 24.11. Этот закон справедлив в диапазоне чисел Рейнольдса 5-10 < Re < 10 . Формула (24.93) выведена в предположении, что турбулентный пограничный слой начинается от передней кромки пластины в таких условиях она дает хорошее совпадение с результатами измерений в диапазоне чисел Рейнольдса 5-10 10 результаты, полученные по формуле (24.93), начинают расходиться с измеренными. [c.288]

Видно, что выше значения Ве г 1 аналитическое описание поля течения усложняется. Становятся существенными инерционные силы, и при Ве 10 происходит отрыв пограничного слоя ) линии тока скручиваются и образуют стационарное вихревое кольцо у кормовой части сферы. Дальнейшее возрастание числа Ве приводит к увеличению размеров и интенсивности вихря. При Ве 100 систе.ма вихрен распространяется за сферой на расстояние около одного диаметра [7801. Влияние инерционных сил продол кает расти, п при Ве 1-50 систе.ма вихрей начинает колебаться. В ла.минарнодг потоке при Ве р 500 систе.ма вихрей отделяется от тела и образует след [822]. Это число Рейнольдса называется нгпкним критическим чпс,лоы Рейнольдса. Вихревые тсольца непрерывно образуются и отделяются от сферы, вызывая периодические изменения поля течения и мгновенной величины силы сопротивления. Линия отрыва пограничного слоя на сфере перемещается, что приводит также к флуктуация.м силы трения. [c.32]

В части 1 рассмотрена теория одномерных газовых течений, на которой б зируются методы расчета реактивных двигателей, лопаточных машин, эжекторов, аэродинамических труб и испытательных стендов. Изложены теория пограничного слоя и теория струй, лежащие в основе определения сопротивления трения, полей скорости и температуры в соплах, диффузорах, камерах сгорания, эжекторах и т. п. [c.2]

Вместе с тем многие вопросы, нанример определение сопротивления трения ц нолей скорости п температуры, построение картины течения в камере сгорания, эжекторе и сверхзвуковом диффузоре, выяснение силового и теплового воздействия выхлопной струи реактивного двигателя на органы управления и другие части летательного аппарата, а также на стенки испытательного стенда и т. п., не могут быть разрешены без привлечения дифференциальных уравнений гидрогазодинамики или уравнений пограничного слоя.. В связи с этим в кннге значительное внимание уделено основам гидродинамики, теории пограничного слоя и теории струй. [c.9]

По современным представлениям механики жидкости и газа в законе Ньютона-Петрова под градиентом скорости понимается градиент скорости потока вязкой среды. При этом на поверхности твердой стенки скорость вязкой среды принимается равной нулю, на границе возмущенного (пограничного) слоя для внещнего обтекания и на оси для движения в симметричных трубах - максимальной. Такое представление градиента скорости, при правильном использовании граничных условий, приводит к распределению скоростей и сопротивления трения, соответствующим многочисленным результатам экспериментов, особенно для ламинарного движения. При этом в качестве масштаба скорости используется или максимальная, или средняя (среднерасходная) скорость. Однако распределения скоростей, отнесенные к эти.м масштабам скоростей, не обладают свойством универсальности при изменении числа Рейнольдса или условий на омываемой поверхности. [c.18]

Одним ИЗ важнейших факторов, влияющих на величину Квнр, а значит, и на положение точки перехода, является градиент давления. Как известно, при обтекании тел он может быть как положительным, так и отрицательным. В области отрицательных градиентов, т. е. в области ускоряющегося или конфузорного течения, пограничный слой чаще всего остается ламинарным, тогда как в области положительных градиентов (или диффузорного течения) обычно происходит переход к турбулентному режиму. При этом точка перехода располагается ниже точки минимума давлений, поэтому в первом приближении положение точки перехода на удобообтекаемых телах при отсутствии отрывов пограничного слоя можно определять по положению точки минимума давлений. Поскольку последнее зависит от формы профиля тела, можно в определенных пределах управлять положением точки перехода, изменяя надлежащим образом форму профиля. Это используется для снижения сопротивления трения тонких крыловых профилей. Дело в том, что трение, определяемое касательными напряжениями, в ламинарном слое гораздо меньше, чем в турбулентном. Выполняя профиль таким, чтобы его сечение с наибольшей толщиной, при- [c.362]

Выполняя профиль таким, чтобы его наиболее толстое сечение, приблизительно или точно совпадающее с сечением минимума давления, располагалось по возможности близко к задней кромке профиля, можно увеличить или затянуть участок ламинарного пограничного слоя и уменьшить участок турбулентного. При этом общее сопротивление трению уменьшится. Такие профили называют ламинаризованными. [c.398]

Плоская пластина с теплоизолированной поверхностью движется со скоростью Уоо = У = 700 м/с в воздушной атмосфере на высоте Я = 10 км. Определите местные параметры трения на ламинарном участке обтекаемой поверхности (напряжение и коэффициенты трения, толщину пограничного слоя) при условии, что критическое число Кскр = 10 . Найдите также средний коэффициент и сопротивление трения для этого участка пластины. Размеры пластины показаны на рис. 12.1. [c.671]

Для определения сопротивления трения конуса найдем средний коэффициент трения jnл по формулам плоской пластины и пара.метрам на конусе. Для ламинарного пограничного слоя с)"пл= 1,328/УЙе г. для турбулентного с/ л — 0,074/у Re где после подстановки всех данных Re = ИнТрц/Рк = 5,821-10 . Следовательно, супл - 5,496-10- = 1,307-10 . [c.675]

Экспериментальные исследования профилей крыльев выявили сильную зависимость положения места перехода от градиента давления внешнего течения. При этом оказалось, что в первом приближении координата точки минимума давления определяет место перехода. В свою очередь эта координата также с известным приближением совпадает с местом наибольшей толщины профиля. Поэтому ламинаризированные профили с большой протяженностью ламинарного пограничного слоя имеют смещенные к задней кромке участки наибольшей толщины. По экспериментальным данным, точка минимума давления может быть удалена от передней кромки на расстояние 60—65% хорды профиля. Сопротивление такого профиля, обусловленное воздействием ламинарного трения, может быть снижено по сравнению с обычным профилем в полтора-два раза. [c.90]

Отсос является важным средством ламинаризации пограничного слоя (стабилизации ламинарного движения), чем обеспечивается снижение сопротивления трения, атакже теплопередачи. Физически эффект ламинаризации объясняется тем, что при помощи отсоса устраняются очаги пульсационного движения,характерного для турбулентного пограничного слоя. Отсос способствует уменьшению толщины пограничного слоя и, как следствие, задерживает его переход в турбулентное состояние. Вместе с тем профили скоростей ламинарного слоя с отсосом имеют форму, которая более устойчива даже при равных толщинах. При этом, как показывают исследования, отсос влияет на форму профиля так же, как снижение давления. [c.104]

Установлено также сильное влияние вдува на осредненные и пульсаци-онные параметры турбулентного пограничного слоя. Поскольку перераспределение турбулентного касательного напряжения по сечению слоя при вдуве приводит к снижению доли сил трения в общем сопротивлении, то можно ожидать сравнительно малого влияния чисел Рейнольдса на параметры трения. Поэтому значительный интерес представляют предельные решения теории пограничного слоя со вдувом, полученные при числе Ке —со. [c.462]

Таким образом, все параметры потока, в том числе полное сопротивление трения и полный коэффициент сопротивления трения, могут быть определены. Так как при безотрывном обтекании сопротивление будет определяться почти полностью трением, то, очевидно, в этом случае для уменьшения сопротивления необходимо увеличивать участок ламинарного пограничного слоя. Иначе обстоит дело с плохо обтекаемыми телами. Из кривых рис. XIII.6 видно, что отрыв турбулентного слоя происходит в точках ( = 0) при значении формпарметра Д = —(3 -ь 6). Опыты с обычными авиационными профилями дают = —2, так что общий интервал значений в турбулентном слое находится в пределах = —(2н-6). [c.339]

При проектировании высокоскоростных летательных аппаратов возникаю две главные проблемы первая —определение поверхностного трения вторая —определение температуры обшивки. Сопротивление трения составляет значительную долю полного сопротивления летательного аппарата, поэтому неверный расчет сопротивления трения может привести к значительной ошибке в дальности его полета. Температура обшивки является решающим фактором при проектировании высокоскоростных летательных аппаратов. Обе проблемы обусловлены наличием пограничного слоя на внешней поверхности летательного аппарата. Этот пограничный слой может быть ламинарным переходным и турбулентным. В настоящей главе кодотко рассмотрены обе указанные проблемы как для ламинарного, так и для турбулентного пограничных слоев. [c.198]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...