Гидродинамическая теория сопротивления жидкости

Гидродинамическая теория сопротивления жидкости. а) Если тело движется равномерно в жидкости, лишенной трения и простирающейся во все стороны до бесконечности, то при обычном потенциальном обтекании тела не возникает ни сопротивления движению, ни подъемной силы, перпендикулярной к направлению движения, какова бы ни была форма тела. Этот, на первый взгляд, парадоксальный результат легко объяснить, если применить теорему о количестве движения для контрольной поверхности, проведенной вокруг тела на некотором расстоянии от него. Более подробное исследование показывает, что добавочные скорости, а также разности давлений, вызванные движением тела, очень быстро уменьшаются по всем направлениям по мере удаления от тела — по крайней мере пропорционально третьей степени расстояния. Если мы будем увеличивать контрольную поверхность, например, сферу, отодвигая ее в бесконечность, то площадь ее будет возрастать пропорционально квадрату радиуса, и поэтому составляющие количества движения, а вместе с ними и составляющие сопротивления будут стремиться к нулю. Такой же результат мы получим для любой другой контрольной поверхности, следовательно, сопротивление тела может быть равно только нулю. [c.246]

Лобовое сопротивление разнообразных по форме тел, например приведенных на рис. 3.5, по старой теории (Ньютона), должно быть одинаковым, поскольку их наветренная площадь равна одной и той же площади круга. По современной гидродинамической теории сопротивления жидкости движущемуся в ней телу, лобовое сопротивление определяется в значительной мере процессами, происходящими позади тела и зависящими в основ- [c.49]

Мы переходим теперь к собственно гидродинамическим исследованиям. В 1748 г. Берлинская академия наук объявила конкурс на лучшее исследование о сопротивлении жидкостей. Вскоре Даламбер представил работу до этой проблеме. Но академия вернула ему рукопись с рекомендацией сравнить выводы с результатами опытов. В конце 1752 г. он опубликовал книгу Опыт новой теории сопротивления жидкостей . [c.186]

Эта пропорциональность вытекает из того, что при скоростях бойка выше 100 м/с решающее влияние переходит к инерционному сопротивлению, а при еще больших скоростях сопротивление сил связи атомов и молекул материала практически перестает оказывать влияние. Это и объясняет упомянутую возможность применения гидродинамической теории несжимаемой жидкости для изучения поведения твердых тел при высоких скоростях. [c.226]

На рис. 27.7 [81] представлены кривые изменения локального числа Нуссельта при поперечном обтекании цилиндра в зависимости от угла ф для различных чисел Рейнольдса в условиях постоянного теплового потока по поверхности. Из рисунка видно, что число Нуссельта уменьшается, начиная от передней критической точки, достигает минимума при некотором угле ф и далее вниз по потоку резко возрастает. В передней критической точке толщина ламинарного пограничного слоя мала и поэтому локальные коэффициенты теплоотдачи и числа Нуссельта велики. По мере удаления от критической точки вниз по потоку растет толщина пограничного слоя, вместе с ней растет его тепловое сопротивление и коэффициент теплоотдачи уменьшается. В зоне отрыва пограничного слоя коэффициент теплоотдачи вновь резко возрастает. В этой области происходят весьма сложные и еще до конца не ясные явления. Здесь, видимо, происходит периодический процесс — утолщение пограничного слоя, его отрыв и унос оторвавшейся массы жидкости вниз по потоку. Этот периодический процесс непрерывно повторяется. Можно ожидать, что чем больше таких процессов происходит в единицу времени, тем интенсивнее теплоотдача, так как в момент отрыва слоя тепловое сопротивление в этой зоне значительно уменьшается. Очевидно, что применить гидродинамическую теорию теплообмена (см. гл. 24) в этой области невозможно. На интенсивность теплоотдачи в зоне отрыва влияют число Рейнольдса, форма и качество поверхности (шероховатость) обтекаемого тела, физические константы жидкости. [c.321]

Гидродинамическая теория теплообмена основана на идее Рейнольдса об единстве процессов переноса тепла и количества движения в турбулентных потоках. Такое представление позволяет установить связь между теплоотдачей и гидравлическим сопротивлением. Несмотря на условность ряда. допущений, значение гидродинамической теории заключается в том, что она вскрывает физическую сущность процесса и объясняет механизм переноса тепла при турбулентном режиме течения жидкости. [c.263]

Итак, согласно гидродинамической теории теплообмена для определения коэффициента теплоотдачи достаточно иметь значение коэффициента гидравлического сопротивления значения физических свойств жидкости Ср, р, ц, X и значение скорости w. [c.266]

Существенный вклад в развитие авиационной науки и техники в России внесли труды Д. И. Менделеева. От изучения свойств иаров и газов он перешел к проблемам воздухоплавания, а затем к задачам аэродинамики. В 1880 г. Менделеев опубликовал монографию О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании [32], где были проанализированы важнейшие работы по вопросам сопротивления движению тел в жидкостях и газах. Менделеев показал, что существующие гидродинамические теории и модели не адекватны аэродинамическим процессам н явлениям. Для построения научной базы конструирования летательных аппаратов необходимо было широкое экспериментирование. Эти выводы Менделеева имели большое значение для создания в России специальных аэродинамических лабораторий и строительства аэродинамических труб. [c.284]

При обтекании тела жидкостью возникают сила лобового сопротивления и подъемная сила, которые являются двумя составляющими результирующей динамической силы, действующей на тело со стороны жидкости. Силой лобового сопротивления (или сопротивлением движению) называют составляющую результирующей силы в направлении относительного движения жидкости перед телом, а подъемной силой — составляющую, перпендикулярную этому направлению. Различные аспекты теории сопротивления движению тел в жидкости уже были рассмотрены в предыдущих главах, где основное внимание уделялось таким задачам, которые могут быть исследованы аналитически. Основная цель этой главы состоит в том, чтобы пополнить приведенные выше сведения о сопротивлении при движении тел в жидкости, в частности, для ряда важных случаев, не поддающихся аналитическому рещению. Читатель получит также некоторое представление об обширной экспериментальной информации по аэродинамическим и гидродинамическим силам, действующим на симметричные и несимметричные тела. Будут рассмотрены некоторые эффекты, связанные с наличием поверхностей раздела и со сжимаемостью, а также нестационарные задачи. [c.391]

Здесь, видимо, происходит периодический процесс — утолщения пограничного слоя, его отрыв и унос оторвавшейся массы жидкости вниз по потоку. Этот периодический процесс непрерывно повторяется. Можно ожидать, что чем больше таких процессов происходит в единицу времени, тем интенсивнее теплоотдача, так как в момент отрыва слоя тепловое сопротивление в этой зоне значительно уменьшается. Очевидно, что применить гидродинамическую теорию теплообмена (гл. VII) в этой области невозможно. На интенсивность теплоотдачи в зоне отрыва влияют число Рейнольдса, форма и качество поверхности (шероховатость) обтекаемого тела, физические константы жидкости. [c.213]

Ньютон представлял себе, что среда, в которой движется тело, состоит из свободно парящих , неподвижных частиц, которые при столкновении с телом отражаются от него по законам упругого удара, что и приводит к возникновению сопротивления. Однако теперь мы знаем, что такая теория неверна. Согласно современной теории сопротивления, называемой часто гидродинамической, сопротивление жидкости движущемуся в ней телу является результатом разностей давлений и касательных напряжений, возникающих при обтекании тела. Принципиальная разница между новой и старой теориями состоит в следующем старая теория учитывает только форму той части поверхности тела, которая обращена в сторону движения, между тем как новая теория показывает, что причиной сопротивления являются главным образом процессы, происходящие позади движущегося тела, и что поэтому форма кормовой части тела имеет очень большое влияние на величину сопротивления. Необходимо также подчеркнуть, что, согласно старой теории. [c.239]

Примером плодотворного сочетания теории подобия с системой физических представлений о механизме обмена в потоке, жидкости является гидродинамическая теория теплообмена, т. е. учение, основанное на идее об единстве физической природы процессов, проявляющихся в виде теплообмена и гидродинамического сопротивления. [c.363]

Предлагаемая теория основывается на представлении процесса полужидкостного трения как сочетания взаимодействия поверхностей твердых тел, вязкого сопротивления жидкости и ее гидродинамического действия. [c.261]

О. Рейнольдс много сделал и для развития важной технической проблемы создания подшипников с малым трением. Его имя носит опубликованное в 1886 г. основное,в гидродинамической теории смазки подшипников дифференциальное уравнение распределения давления в вязкой жидкости, заполняющей зазор между поверхностями вращающегося вала и неподвижной подушки подшипника при обильной его смазке. Строгое решение той же задачи было впоследствии, в 1904 г., дано Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным. Развитию практических применений гидродинамической теории смазки подшипников много способствовали исследования Н. П. Петрова, А. Зоммерфельда и А, Митчелла, Крупным техническим открытием, обеспечивающим широкое применение смазки подшипников, в первую очередь в железнодорожном деле, явилось предложение Н. П. Петрова, относящееся к началу восьмидесятых годов предыдущего столетия, об использовании для этой цели нефтяных масел, вязкие свойства которых в зависимости от условий эксплуатации, в частности от температуры, были детально исследованы Н. П. Петровым, давшим в 1883 г., по-видимому, первую формулу момента сопротивления вращения цилиндрического вала в коаксиальной с ним неподвижной цилиндрической обойме и использовавшим ее в своих опытах. [c.28]

Значительное число параметров, определяющих гидродинамический и тепловой режимы, при течении жидкости в загруженных сечениях (трубные пучки, засыпки и т. п.), не позволяет решить задачу аналитически. В этих условиях единственным способом установления расчетных закономерностей теплообмена и сопротивления является обобщение опытных данных на основе теории подобия. Представление о характере течения потока в загруженных сечениях может быть получено в результате изучения распределения давления и теплоотдачи по поверхности трубок в пучках различной конфигурации. Отвлекаясь от влияния температурного фактора, изучение теплоотдачи можно осуществить методом аналогии между диффузией и теплообменом. [c.251]

Пример. Гидравлическое сопротивление трубопровода (падение давления на участке длиной L) зависит от плотности жидкости р, кинематической вязкости v, средней скорости течения w, диаметра трубы D, шероховатости стенки k. С точки зрения теории подобия гидродинамический режим потока в данном случае зависит [c.53]

При определении характеристик гидродинамических передач используется струйная теория [12, 14, 19, 27], основные положения которой применительно к круговым решеткам гидродинамических передач сводятся к следующим а) лопасти формируют поток рабочей жидкости, движущийся через колесо б) движение жидкости в каналах, образованных лопастями, принимается струйным и расчет ведется по скоростям, отнесенным к средней струйке в меридиональной плоскости, в которой вся масса потока считается сосредоточенной в) потери энергии в рабочей полости, обусловленные вязкостью жидкости и ее течением определяются по зависимостям, используемым при расчетах сопротивлений в неподвижных трубопроводах. [c.24]

Расчет подшипников жидкостного трения выполняют на основе уравнений гидродинамики вязкой жидкости, связывающих давление, скорость и сопротивление смазки вязкому сдвигу. Теория показывает, что гидродинамическое давление может развиваться только в клиновом зазоре (см. эпюру, рис. 10.14). Толщина масляного слоя /г зависит от угловой скорости и вязкости масла. Чем больше эти величины, тем больше к. Но с увеличением радиальной нагрузки Н на цапфу 2 толщина масляного слоя к уменьшается. При установившемся режиме работы толщине масляного слоя к [c.311]

В конце XIX и начале XX века существенный вклад в развитие гидравлики внесли русские ученые и инженеры Н. П. Петров (1836—1920) разработал гидродинамическую теорию смазки и теоретически обосновал гипотезу Ньютона Н. Е. Жуковский (1849— 1921) создал теорию гидравлического удара, теорию крыла и исследовал многие другие вопросы механики жидкости, он же явился основателем известного всему миру Центрального аэрогидродина-мического института (ЦАРИ), носящего его имя Д. И. Менделеев (1834—1907) опубликовал в 1880 г. работу О сопротивлении жидкостей и о воздухоплавании , в которой были высказаны важные положения о механизме сопротивления движению тела в жидкости и даны основные представления о пограничном слое. Теория пограничного слоя, являющаяся одной из основополагающей при изучении турбулентных потоков в трубах и обтекании тела жидкостью, в XX веке получила большое развитие в трудах многих ученых (Л. Прандтль, Л. Г. Лойцянский). [c.5]

При дви5кении подводной лодки на большой глубине влияние существования свободной поверхности жидкости на поле скоростей вблизи тела ничтон<но мало. В этом случае наличие сопротивления связано с силами вязкого трения и с возникновением в потоке жидкости вихрей, что при малых скоростях хода обусловливается свойством вязкости воды. Если в рамках теории идеальной жидкости можно принять, что влияние свободной поверхности несущественно, то потенциал скоростей вблизи тела можно считать таким же, как и в бесконечной массе жидкости. На этом основании при установившемся поступательном движении лодки с постоянной скоростью из формулы (16.1) после подстановки в нее давления, выраженного по формуле Коши — Лагранжа, получим, что сила А будет отлична от нуля только за счет гидростатической части давления и будет точно равна силе Архимеда (см. также 8). Момент гидродинамических сил будет равен моменту силы Архимеда, определенному по правилам гидростатики, и добавочному динамическому моменту, определенному по формуле (16.15). [c.208]

В условиях дисперсно-кольцевой структуры потока, т. е. с момента начала срыва капель с поверхности пленки, определяемого формулами (1.72) и (1.73), расчет коэффициента теплоотдачи следует вести, подставляя в формулу (8.5) действительную среднюю скорость жидкости в пленке, которая может быть во много раз меньше скорости w. Однако, как уже отмечалось, в обогреваемых трубах из-за набухания пристенного двухфазного слоя весьма трудно точно измерить толщину пленки, а следовательно, и среднюю скорость течения в ней жидкости. В связи с этим был иредло-жрн метод, дающий возможность, минуя непосредственные измерения, найти эффективное значение скорости жидкости в пленке Wэф, которым определяются интенсивность..теилообмена и гидродинамическое сопротивление при дисперсно-кольцевой структуре [180]. Метод основан на гидродинамической теории теплообмена. Предполагается, что в двухфазном потоке при определенных сочетаниях режимных параметров (так же как и в однофазном) устанавливается соответствие между интенсивностью теплообмена и гидродинамическим сопротивлением. [c.243]

В постановке и решении ряда задач аэродинамики, в частности для схематизации движения воздуха и его действия на тела, немаловажную роль ыграли различные гидродинамические модели [26] При этом большую роль сыграли ударная теория сопротивления И. Ньютона (1686 г.), теория идеальной несжимаемой жидкости, разработанная Д. Бернулли (1738 г.) л Л. Эйлером (1769 г.), теория вязкой несжимаемой жидкости, созданная А. Навье (1822 г.) и Дж. Г. Стоксом (1845 г.), теория струйного обтекания тел, развитая Г. Гельмгольцем (1868 г.), Г. Кирхгофом (1869 г.), а в дальнейшем Рэлеем (1876 г.), Д. К. Бобылевым (1881 г.), Н. Е. Жуковским (1890 г.), Дж. Мичеллом (1890 г.), А. Лявом (1891 г.). Особое значение для становления аэродинамики имели работы Г. Гельмгольца, заложившего основы теории вихревого движения жидкости (1858 г.). В начале XIX в. появились понятия подъемной силы (Дж. Кейли) и центра давления. Дж. Кейли впервые попытался сформулировать основную задачу расчета полета аппарата тяжелее воздуха как определение размеров несуш,ей поверхности для заданной подъемной силы [27, с. 8]. В его статье О воздушном плавании (1809 г.) предложена схема работы плоского крыла в потоке воздуха, установлена связь между углом атаки, подъемной силой и сопротивлением, отмечена роль профиля крыла и хвостового оперения в обеспечении продольной устойчивости летательного аппарата я т. п. [28]. Кейли также занимался экспериментами на ротативной маши-де. Однако его исследования не были замечены современниками и не получили практического использования. [c.283]

В рассматриваемый период в практику конструирования самолетов стали проникать методы подобия и моделирования. Теорема о механическом подобии впервые сформулирована Ньютоном в 1687 г. и использована им для разработки ударной теории сопротивления. В 1883 г. О. Рейнольдс установил для случая несжимаемой вязкой жидкости закон гидродинамического подобия [49], согласно которому коэффициент сопротивления тел зависит от параметра, названного в 1908 г. А. Зоммерфельдом числом Рейнольдса. Основную теорему теории подобия и размерностей, так называемую я-теорему, использовали в экспериментальных работах Ку-чинского института, начиная с 1909 г. [50, с. 32]. [c.289]

Основы теории жидкостного трения. Исследование режима жидкостного трения в подшипниках основано на гидродинамической теории смазки. Эта теория базируется на решениях дифференциальных уравнений гидродинамики вязкой жидкости, которые связывают давление, скорость и сопротивление взякому сдвигу. [c.334]

Рассмотренные в предыдущих двух главах движения вязкой жидкости относились к числу ламинарных движений. Траектории частиц, линии тока, поля скоростей и давлений в этих движениях имели совершенно определенный, регулярный характер. Выражением этой регулярности ламинарного движения служил тот факт, что общая картина наблюдающихся в действительности ламинарных движений и многие их детали достаточно хорошо описывались решениями уравнений Стокса при соответствующих, также регулярных , начальных и граничных условиях. Можно, например, вспомнить пуазейлево движение вязкой жидкости по круглой трубе, соответствие теоретически рассчитанных характеристик которого (парабола скоростей, формулы расхода и сопротивления) опытным данным уже давно блестяще подтверждено. То же относится к многочисленным другим примерам ламинарных движений вязкой жидкости движению смазки в узких зазорах между валом и цапфой подшипника, вполне удовлетворительно описываемому гидродинамической теорией смазки подшипников, движениям в ламинарных пограничных слоях, с достаточной точностью рассчитываемым по теории, изложенной в предыдущей главе, и др. [c.522]

С увеличением скорости скольжения коэффициент трения быстро уменьшается (участок 1—2), при этом трение переходит в полужид-костное, характеризующееся тем, что поверхности скольжения еще не полностью разде /ены слоем смазки, так что выступы неровностей соприкасаются. В точке 2 начинается участок 2—3 жидкостного трения толщина смазочного слоя возрастает от минимальной, достаточной лишь для покрытия всех выступов, до избыточной, перекрывающей все неровности с запасом. При жидкостном трении рабочие поверхности полностью отделены друг от друга, и сопротивление относительному движению их обусловлено не внешним трением контактирующих элементов, а внутренними силами вязкой жидкости. Теоретически наилучшие условия работы подшипника обеспечиваются в точке 2 — здесь сопротивление движению и соответствующее тепловьще-ление наименьшие, но нет запаса толщины слоя поэтому практически оптимальные условия будут в зоне справа от точки 2. Расчет подшипника, работающего в режиме жидкостного трения, выполняется на основе гидродинамической теории смазки. Однако такой режим может быть осуществлен лишь при достаточно большом значении характеристики режима к > Якр, где — значение характеристики режима в точке 2. Для опор тихоходных валов это условие в большинстве случаев не выполняется, а для быстроходных оно нарушается в периоды пуска и останова, когда частота вращения вала мала. [c.244]

Объяснение этом. сходству дает так называемая гидродинамическая теория теплообмен а. Согласно этой теории при туроу-лентном движении одни и те же массы жидкости, участвующие в поперечных пульсациях, переносят в соседние слои как свое количество движения (что и создает гидравлическое сопротивление при движении), так и тепловую энергию (от чего зависит интенсивность теплообмена). Если принять, что профиль температур по сечению трубы подобен профилю скоростей, то можно получить простое соотношение [c.120]

Развитие технической механики жидкости (гидравлики) в XIX в. за рубежом. Зародившееся во Франции техническое (гидравлическое) направление механики жидкости быстро начало развиваться как в самой Франции, так и в других странах. В этот период в той или другой мере были разработаны или решены следующие проблемы основы теории плавно изменяющегося неравномерного движения жидкости в открытых руслах (Беланже, Кориолис, Сен-Венан, Дюпюи, Буден, Бресс, Буссинеск) вопрос о гидравлическом прыжке (Бидоне, Беланже, Бресс, Буссинеск) экспериментальное определение параметров, входящих в формулу Шези (Базен, Маннинг, Гангилье, Куттер) составление эмпирических и полуэмпирических формул для оаределения гидравлических сопротивлений в различных случаях (Кулон, Хаген, Сен-Венан, Пуазейль, Дарси, Вейсбах, Буссинеск) открытие двух режимов движения жидкости (Хаген, Рейнольдс) получение так называемых уравнений Навье — Стокса, а также уравнений Рейнольдса на основе использования модели осредненного турбулентного потока (Сен-Венан, Рейнольдс, Буссинеск) установление принципов гидродинамического подобия, а также критериев подобия (Коши, Риич, Фруд, Гельмгольц, Рейнольдс) основы учения о движении грунтовых вод (Дарси, Дюпюи, Буссинеск) теория волн (Герстнер, Сен-Венан, Риич, Фруд, [c.28]

На совещании по аэродинамике и общей механике должны были быть поставлены и обсуждены обзорные доклады ио таким темам проблема гидродинамического сопротивления проблема больших скоростей в сжимаемом газе современные проблемы теории крыла фильтрация жидкостей и газов через пористые среды проблемы внешней баллистики проблемы гироскопии устойчивость движения проблемы теории регулирования и др. [c.293]

Не так обстояло дело в XIX в. с механикой жидкости и газа. Инженерная практика накопила к началу века уже довольно много сведений по гидравлике трубопроводов и открытых русел, и XIX в. продолжал приносить новый обширный материал о сопротивлении при течении жидкостей и движении в них тел. Однако математическая теория не давала ответа на самый актуальный вопрос — о величине гидродинамического сопротивления. Успехи обш,ей гидродинамики определялись в течение века главным образом накоплением теоретических результатов, имевших изяш,ную математическую формулировку, но почти не связанных с практическими приложениями (за исключением отчасти теории приливных волн). Соединение инженерной гидравлики с гидродинамикой произошло лишь в XX в. [c.46]

Гидродинамическая сила Рц, которая может трактоваться как сила лобового сопротивления при движении диска со скоростью у в потоке, вдвое меньше силы, вычисляемой на основе ударной теории (см. (4.36) при sin а = 1). Если теперь в поток поместить шар, то по ударной теории на него будет действовать та же сила, что и на диск. При гидродинамическом подходе эта сила будет отсутствовать вовсе. Действительно, при симметричном потоке относительно сечения OjO давления в произвольной точке М и симметричной точке М будут одинаковы, поскольку одинаковы скорости потока в этих точках. Равенство нулю результирующей силы при плавном (безотрывном) обтекании идеальной жидкостью шара, цилиндра и др. называется парадоксом Даламбе-ра. Давление в любой точке потока вблизи поверхности шара можно рассчитать, пользуясь уравнением Бернулли [c.77]

Суш ествует другой подход к вопросу о взаимодействии частиц в звуковом поле. Впервые Пшенай-Северин [22] предложил рассматривать взаимодействие на основе гидродинамических сил Осеена. Согласно теории Осеена, поле скоростей около движуш егося шара отличается сильной асимметрией скорость жидкости перед шаром убывает как 1/г , а позади него — как г. В силу линейности уравнения Осеена применим принцип суперпозиции полей обтекания частиц. Если две частицы расположены сравнительно близко друг от друга вдоль по потоку, то каждая из них будет воз-муш ать поле обтекания другой. Сила сопротивления, действующая на каждую из частиц, может быть оценена по формуле [c.651]

Теория пограничного слоя, разработанная Прандтлем в 1904 г. [7.1], положила основу для объединения интересов теории и практики. Ирандтль установил, что в том случае, когда массовые эффекты преобладают над эффектами вязкости, последние локализуются в тонком слое жидкости, примыкающей к поверхности обтекаемого тела, и в продолжающемся за этим слоем вихревом следе. В результате стало общепринятым, что теоретический анализ должен сочетать гидродинамические расчеты поля течения с расчетами вязкого пограничного слоя таким образом стал осуществляться расчет большинства параметров стационарных потоков, в том числе таких, как лобовое сопротивление профиля, которое до тех пор определялось лишь экспериментальным путем. [c.198]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...