Лобовое сопротивление тел в потоке

Лобовое сопротивление тел в потоке [c.382]

ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛ В ПОТОКЕ [c.383]

Этот метод основан на понятии о пограничном слое. Как будет показано ниже, он позволяет построить приближенную теорию обтекания тела вязкой жидкостью и определить силу лобового сопротивления тела в потоке вязкой жидкости. [c.239]

Одними из ранних опытов по выяснению лобового сопротивления тел в потоке жидкости были опыты с гладким шаром. [c.43]

Таким образом, можно различать три причины возникновения лобового сопротивления тела в вязкой жидкости а) касательные силы вязкости, б) перераспределение давления из-за отрыва потока, в) колебания давления из-за вихреобразования за телом. [c.386]

Таким образом, полное лобовое сопротивление тела в плоском потоке является суммой сопротивления давления и сопротивления трения [c.281]

Однако отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению существенно зависит от ориентировки тела в потоке. Величина подъемной силы и лобового сопротивления при изменении ориентировки те- [c.544]

Кривая 1 на рис. 10.4, характеризующая распределение давления по поверхности тела вращения, соответствует обтеканию этого тела несжимаемым потоком (Моо = 0) идеальной жидкости. На это указывает симметричный относительно вертикальной оси аЬ вид этой кривой. Нетрудно видеть, что лобовое сопротивление тела равно нулю, так как силы давления, действующие на передний участок поверхности, уравновешиваются такими же силами, возникающими в хвостовой части и направленными в противоположном направлении. Кривая 2 соответствует обтеканию того же тела потоком реальной жидкости, обладающей свойством вязкости. При этом так как избыточное давление на передней части поверхности меньше, то, очевидно, и скорость набегающего потока меньше, чем в первом случае. [c.497]

Мощность, требуемая на преодоление сил сопротивления тела, обтекаемого потоком в трубе, выражается через силу лобового сопротивления этого тела [10-3] [c.469]

При развитии пограничного слоя в условиях неблагоприятного градиента давления эффект восстановления давления в потоке проявляется в меньшей степени. Максимальное касательное напряжение, которое теперь наблюдается в пограничном слое на некотором расстоянии от стенки, увеличивается растут также и генерация турбулентности и диссипация энер(ГИ . Поэтому полная работа сил сопротивления в потоке увеличивается. Хотя при этом и происходит уменьшение касательных напряжений на стенке (как свидетельствует об этом снижение С/), суммарное лобовое сопротивление тела, слагающееся как из сопротивлений трения, так и из сопротивления давления, возрастает. [c.277]

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]

Важное различие между течениями в струях и следах выявляется при применении к ним уравнения потока количества движения. Для струи поток количества движения в любом сечении струи постоянен и равен начальному потоку количества движения от истекающей струи. В случае следа поток количества движения в продольном направлении неодинаков для любых двух сечений, ограничивающих контрольный объем (рис. 16-1,ej и расположенных одно перед, а другое за телом, причем это изменение потока количества движения непосредственно связано с силой лобового сопротивления тела, или с силой воздействия движущейся жидкости на тело. Это обстоятельство обусловлено тем фактом, что для того, чтобы удерживать тело неподвижным в потоке жидко- [c.443]

Чем же определяется сила лобового сопротивления Она зависит от формы, от размеров тела, от скорости потока и от физических свойств жидкости. Опыты показывают, что сила сопротивления тел одинаковой формы пропорциональна площади поперечного сечения тела (поперечного по отношению к направлению скорости потока v), скоростному напору pjj /2 и некоторому коэффициенту Сх, называемому коэффициентом лобового сопротивления тела данной формы. Коэффициент лобового сопротивления, вообще говоря, не остается постоянным, он зависит от величины числа Рейнольдса Re — vlp/ i, где / — характерный размер тела, v — скорость потока, р — плотность жидкости и х — коэффициент вязкости жидкости О физическом значении этой зависимости будет сказано в следующем параграфе. [c.382]

Прежде чем перейти к анализу картины обтекания и выяснению причин изменения силы лобового сопротивления в зависимости от скорости, сделаем несколько замечаний относительно силы сопротивления тела в идеальной жидкости (жидкости, лишенной вязкости) В этом случае поток будет плавно обтекать гладкое тело, такое, как, например, шар, и трубки тока расположатся совершенно симметрично относительно шара. [c.383]

В случае течения газа около твердого тела или внутри области, ограниченной одним или несколькими твердыми телами, граничные условия описывают взаимодействие молекул газа с твердыми стенками. Нетрудно проследить, что именно это взаимодействие является источником лобового сопротивления и подъемной силы тела в потоке газа, а также теплопередачи между газом и твердой границей. К сожалению, как теоретическая, так и экспериментальная информация о взаимодействиях газа с поверхностью довольно скудна. [c.122]

Третье граничное условие относится к равновесию количества движения полное лобовое сопротивление тела должно быть равно изменению потока количества движения от верхнего до нижнего сечений. Подобно уравнению для осесимметричного потока можно написать уравнение, которое в размерной форме соответствует равенству (277) [c.352]

Условия равновесия шарообразного твердого тела в газовом потоке, характеризующиеся равенством сил тяжести и лобового сопротивления, представляются в критериальной форме уравнением [c.345]

При обтекании тела потоком (в аэродинамике обычно применяют в рассуждениях обращенное движение) лобовое сопротивление возникает вследствие двух причин 1) на любую точку тела действует сила давления потока, нормальная к поверхности тела, 2) на поверхность тела действует сила трения воздуха, тангенциальная к поверхности. Проекции этих сил на направление не искаженного телом потока дают полное лобовое сопротивление тела. Проекции тех же сил на нормали к этому направлению дают соответственно подъемную силу (проекция на нормаль кверху) и боковую силу (проекция на нормаль в сторону). [c.5]

Тело в потоке вязкой жидкости. Лобовое сопротивление. [c.78]

К случаю медленного течения в очень вязкой жидкости все изложенные в последних параграфах представления неприменимы, так как силы вязкости играют существенную роль не только вблизи тела но и на значительном расстоянии от него. В этом случае уже нельзя выделить тонкий пограничный слой, а весь остальной поток рассматривать без учета сил вязкости. Вследствие этого и вся картина обтекания тела медленным потоком вязкой жидкости, и механизм возникновения лобового сопротивления будут совершенно иными. Силы вязкости тормозят движение не только ближайших, но и далеких слоев жидкости. Сопротивление при этом оказывается пропорциональным первой степени скорости, аналогично силам, действующим на стенки трубы со стороны медленно текущей в ней жидкости ( 125). [c.551]

При движении тела в жидкости или газе на него действует сила Р, которая в общем случае направлена под некоторым углом к направлению движения. Эту силу можно разложить на две составляющие силу лобового сопротивления Рд, направленную вдоль потока, и подъемную силу Рп, перпендикулярную ему (рис. 118). [c.150]

Тонкая игла перед тупым телом. Такая игла, вызывая отрыв потока, способствует снижению сопротивления и теплопередачи при больших сверхзвуковых скоростях. Рассмотрим механизм этого явления. Отсоединенный почти прямой скачок уплотнения перед затупленным телом (рис. 1.12.4,а) может изменить свою форму, если перед таким телом установить тонкую иглу (рис. 1.12.4,6). Поток может оторваться на игле и образовать область течения клинообразного или конусообразного типа (в зависимости от того, является ли тело плоским или цилиндрическим). Под влиянием такого отрывного течения изменится форма головного скачка уплотнения от почти прямого до косого, что обусловит снижение лобового сопротивления и теплопередачи в точке полного торможения затупленной поверхности. Однако в контактной области скачка и поверхности иглы могут возникать высокие местные тепловые потоки, что несколько снижает эффективность использования иглы. [c.106]

Регулируя положение иглы, можно изменять лобовое сопротивление, что необходимо для обеспечения маневра летательного аппарата [45]. Такая игла, выполненная в виде тонкого прямого тела вращения, является достаточно эффективным органом управления, удобным в конструктивном отношении. Следует, однако, учитывать, что при определенных условиях могут возникнуть пульсации потока на поверхности носовой части, снижающие эффект от применения иглы и затрудняющие управление полетом. [c.383]

Сила R, направлена в сторону, противоположную движению тела. Именно эту силу и называют лобовым сопротивлением. Как видно, сила лобового сопротивления твердого тела (движущегося равномерно и прямолинейно в установившемся потоке) представляет собой проекцию упомянутого главного вектора на направление движения тела. [c.124]

При несимметричном обтекании твердого тела потоком жидкости направление силы, действующей со стороны жидкости на тело, не совпадает с направлением скорости невозмущенного потока i>od (рис. 74). В этом случае силу R можно разложить на составляющие Ry = — R os а — подъемную силу, направленную нормально к вектору Voa, и = 7 sin а — силу лобового сопротивления, совпадающую с направлением вектора г то- [c.124]

При обтекании круглого цилиндра потенциальным потоком благодаря симметричному распределению давлений по поверхности цилиндра результирующая этих сил равна нулю (парадокс Даламбера). Следовательно, для этого случая = 0. Можно доказать, что во всех случаях безотрывного обтекания цилиндрических тел потенциальным потоком сопротивление давления равно нулю. Однако при отрывном обтекании, когда за телом образуется мертвая зона или суперкавитационная каверна (см. п. 10.2), теория потенциальных течений дает не равное нулю значение силы сопротивления давления. Так, в п. 7.12 было доказано, что при струйном обтекании пластины, поставленной нормально к потоку (см. рис. 7.30), коэффициент лобового сопротивления, являющегося в данном случае сопротивлением давления, равен 0,88. Это подтверждается опытом только в тех случаях, когда за обтекаемым телом действительнсГобразуется зона, заполненная парами или газом, в которой давление приблизительно постоянно, как это предусмотрено теорией. Но в большинстве случаев за обтекаемым телом образуется так называемый гидродинамический след, представляющий собой область, заполненную крупными вихрями, которые, взаимодействуя и диффундируя, постепенно сливаются и теряют индивидуальность. На достаточном расстоянии от тела (дальний след) образуется непрерывное распределение дефекта скоростей в потоке, близкое к распределению скоростей в струнном пограничном слое. Наличие вихрей в гидродинамическом следе приводит к понижению давления на тыльной части поверхности тела и соответствующему увеличению сопротивления давления, которое часто называют также вихревым сопротивлением. [c.391]

Причиной аэродинамического шума является образование вихрей в аэродинамическом следе за телом, обтекаемым потоком воздуха. Образование вихрей в следе тесно связано с лобовым сопротивлением тела хорошо обтекаемые формы меньше способствуют вихреобразовинию, вследствие чего при прочих равных условиях обладают меньшим уровнем шума. [c.106]

В потоке вязкой жидкости на поверхности тела, как мы знаем, действует касательная сила, тянущая тело по потоку. Даже если обтекание вязкой жидкостью и безотрывное, как мы наблюдали в опытах (см. рис. 312, а), то, несмотря на симметрию потока, все равно имеет место сила лобового сопротивления, слагающаяся в O HOBF .I из касательных сил вязкости, примерное распределение которых схематически показано на рис. 313. Картина принципиально изменится при отрыве потока вязкой жидкости. Здесь, кроме касательных сил, возникающих вследствие вязкости, существенную роль будет играть перераспределение сил давления вследствие отрыва потока, благодаря чему возникает результир ующая сита давления, действующая по потоку. При большой скорости (вернее, При большом значении числа Re) преобладают силы, возникающие вследствие перераспределения давления у поверхности тела. [c.385]

Природа течения вдоль твердой границы. В начале настоящего столетия предполагали, что между наблюдаемым движением жидкости и движением, предсказываемым теорией потенциального невязкого потока, мало общего. Несмотря на казалось бы приемлемость допущения, заключающегося в пренебрежении малой вязкостью обыкновенных жидкостей, воздуха и воды, теория не могла объяснить лобового сопротивления тел и таких часто наблюдаемых явлений, как формирование волн и отрыв потока. В 1904 г. в Германии была опубликована замечательная статья Людвига Прандтля, отца современной механики жидйости, не только указавшая истинную роль уравнений невязкого и вязкого потока в соответствии с характеристикой течения вдоль границ, но также показавшая, что упрощение равенств Навье—Стокса в соответствии с его допущениями значительно увеличивает число проблем вязкого потока, которые могут быть рассмотрены аналитически. [c.283]

Как показали исследования, плохо обтекаемые тела, например, круглый и эллиптический цилиндры, нормально расположенная к потоку пластинка и др,, порождают интенсивные вихревые дорол<-ки и, следовательно, значительную величину вихревого лобового сопротивления. Удобообтекаемые тела, к числу которых принадлежат авиационные профили, при малых углах атаки обладают незначительным вихревым сопротив. лением, которым можно пренебречь,— в этом случае их лобовое сопротивление порождается в основргом силами трения. Однако при увеличении угла атаки, когда плавное обтекание профиля крыла сменяется обтеканием с отрывом струй и интенсивным вихреобра-зованием, силу лобового сопротивления следует рассчитывать с учетом вихревого сопротивления. [c.197]

Система скачков уплотнения. Итак, если в полете с большим числом Мн перед входным отверстием диффузора ВРД возникает прямой скачок уплотнения, то потери полного давления воздушного потока оказываются так велики, что эффективная работа двигателя невозможна. Газовой динамикой разработан метод замены прямого скачка системой из нескольких более слабых косых скачков уплотнения (см. п. 16.2). При этом потери полного давления сильно снижаются. Например, при Ян=2 (Мн 3,2) Tii. i 0,28, а для системы из трех косых скачков и одного слабого прямого (Тзк.с+11.с= 0,8 (см. рис. 12.4). Замена прямых скачков уплотнения косыми приводит к снижению лобового сопротивления тел при сверхзвуковых полетах и т. д. Поэтому теория косых скачков уплотнения имеет большое практическое значение. [c.225]

Для полного исследования этих проблем необходимо отказаться от простого допущения идеальной жидкости и определить влияние вязкости или внутреннего трения однако можно получить некоторое понятие о лобовом сопротивлении, не усложняя явления. При развитии теории подъемной силы было целесообразно рассматривать такие тела, которые давали большую подъемную силу при относительно малом лобовом сопротивлении, так что можно было пренебречь последним, не изменяя основных условий задачи. Подобно этому, при исследовани лобового сопротивления целесообразно в первую очередь рассмотреть тела больших поперечных размеров, симметричные относительно направления движения, для кото-рых подъемная сила равна нулю при большом лобовом сопротивлении. Как и раньше, будем рассматривать плоско-параллельный поток жидкости. [c.72]

Х.22. Кривая 1 на рис. 2.IX.4, характеризующая распределение давления по поверхности тела вращения, соответствует обтеканию этого тела несл имаемым потоком (Моо = 0) идеальной жидкости. На это указывает симметричный относительно вертикальной оси аЬ вид этой кривой. Нетрудно видеть, что лобовое сопротивление тела равно нулю, так как силы давления, действующие на передний участок поверхности, уравновешиваются такими же силами, возникающими в хвостовой части и направленными в противоположном направлении. [c.635]

Для обозначения компонент сил, действующих на тело, в технической аэродинамике принято пользоваться прямоугольной системой координат, у которой ось л направлена по скорости потока (рис. 319). Опыт гюказывает, что величина и направление силы, с которой поток действует на обтекаемое им тело, зависят от формы тел, их ориентировки в потоке и скорости потока. Тела, имеющие плоскость симметрии и расположенные так, что эта плоскость параллельна координатной плоскости (как на рис. 319), испытывают со стороны потока силу, направление которой (как и следовало ожидать из соображений симметрии) совпадает с направлением потока. Эта сила носит название лобового сопротивления ). [c.542]

Перенеся распределение давлений с участков ABD и A D невращающегося цилиндра и учитывая указанные изменения величин падения давления, получим для вращающегося цилиндра распределение давлений, примерно изображенное на рис. 346. Легко видеть, что результирующая этих сил давления имеет вертикальную составляющую. Таким образом, в то время как покоящийся цилиндр испытывает при обтекании потоком вязкой жидкости только лобовое сопротивление, вращающийся цилиндр при тех же условиях испытывает не только лобовое сопротивление, но и подъемную силу. При этом, как указывалось выше ( 130), возникновению подъемной силы должно сопутствовать отклонение вниз потока, обтекающего тело на рис. 345 это хорошо видно, [c.562]

Но представим себе, что после того как установилась картина обтекания, изображенная на рис. 344, силы вязкости исчезли. При этом обтекание цилиндра должно стать полным точки D и D", в которых отрывается поток от стенок цилиндра, сольются с точкой D. Никаких других существенных изменений в характере потока исчезновение сил вязкости не должно вызвать. Таким образом, если бы силы вязкости исчезли, картина обтекания тела приняла бы вид, изображенный на рис. 348. При этом лобовое сопротивление исчезнет (так как оно вызывается неполным обтеканием), подъемная же сила может остаться неизменной, если не изменится распределение скоростей над и под цилиндром. Итак, предположение, что силы вя5кости исчезли, влечет за собой исчезновение лобового [c.563]

В отличие от силы лобового сопротивления подъемная сила может возникать и тогда, когда тело обтекается невязкой жидкостью (например, при обтекании полусферы идеальной жидкостью рис. 119). Если полусфера расположена в потоке так, что ее плоская поверхность пара,плельна линиям тока, то при полном обтекании тела линии тока будут сгущаться вблизи точки А. Это приводит к тому, что, по закону Бернулли, давление в точке А меньше, чем в точке В. Поэтому и возникает подъемная сила, перпендикулярная линиям тока в невозмущенном потоке. [c.150]

Таким образом, цилиндр крылового профиля в зависимости от его положения в потоке может быть удобо- или неудобообтекаемым телом. В первом случае его сопротивление давления мало и сила лобового сопротивления почти полностью определяется вторым слагаемым в формуле (10.4), т. е. сопротивлением трения. Во втором случае, наоборот, сопротивление давления велико, а трение в большинстве случаев пренебрежимо мало. Применяя уравнение количества движения, можно показать, что сопротивление давлен ния тем меньше, чем меньше ширина гидродинамического следа (вихревой зоны за телом). Поэтому удобообтекаемыми могут быть только такие тела, которые имеют заостренную или тонкую заднюю кромку. Для них при безотрывном обтекании теоретическая ширина следа равна нулю. [c.393]

Впоследствии схема Рябу-шинского была обобщена для других случаев рядом авторов. В частности, М. И. Гуревичем рассмотрена задача о кавитационном обтекании наклонной пластины (рис. 10.10, б). Д. А. Эфросом и независимо другими авторами предложена одна из наиболее удачных схем суперкаверны с возвратной струйкой (рис. 10.10, в). По этой схеме в концевой части каверны образуется возвратная струйка, которая при описании течения G помощью функций комплексного переменного, уходит на второй лист римановой поверхности. Поэтому условие постоянства размеров каверны не нарушается. Эта схема для плоской пластины дает результаты, близкие к результатам, полученным по схеме Рябушинского. Было предложено и несколько других схем. На рис. 10.10, г, д, е приведены схемы Тулина, Жуковского — Рошко, Лаврентьева. Каждая из них позволяет решить задачу обтекания и, в частности, найти коэффициент лобового сопротивления обтекаемого тела как функцию числа кавитации х. Для этого коэффициента по схемам нескольких авторов для пластины, нормальной к потоку, получена формула [c.402]

Исследования в малоскоростной аэродинамической трубе обтекания затупленных тел, в частности шара, показали, что при числе Рейнольдса = РсоО/ ао = 3-10 его лобовое сопротивление резко уменьшается. Это объясняется тем, что при таком числе Рейнольдса пограничный слой из ламинарного переходит в турбулентный. Турбулизация же способствует усилению увлекающего действия внешнего потока и, как следствие, смещению точки отрыва вниз по течению. В результате подсасывающая зона становится более узкой. Значение Яеоо = 3 -10 и является для шара в данном [c.89]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...