книги из ГПНТБ / Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел
.pdf
Л. А. ДОРФМАН
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ
И ТЕПЛООТДАЧА
ВРАЩАЮЩИХСЯ ТЕЛ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1960
12-5-4
Дорфман Лев Абрамович
Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел Редактор С. X. Наткович
Техн, редактор Е. А. Ермакова |
Корректор Л. О. Сечейгсо |
Сдано в набор 9/XII 1959 г. Подписано к печати |
2/IV 1960 г. Бумага 84x108/32, |
Физ. печ. л. 8,125. Условн. печ. л. 13,33. Уч.-изд. |
л. 12,90. Тираж 5о00 экз. Т-01066. |
Цена книги 8 руб. 45 коп. |
Заказ № 944. |
Государственное издательство физико-математической литературы. Москва, В-71, Ленинский проспект, 15.
Типография № 2 им. Евг. Соколовой УПП Ленсовнархоза. Ленинград, Измайловский пр., 29.
«о
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.................................................................................... |
|
|
|
|
|
1 |
||
Глава I. |
Основные уравнения..................................................... |
|
|
|
9 |
|||
§ |
1. |
Дифференциальные уравнения |
движения.................... |
|
9 |
|||
§ |
2. |
Уравнения |
Рейнольдса для осредненного турбулент |
|
||||
§ |
ного движения.......................................................... |
|
|
|
О |
12 |
||
3. |
Уравнение баланса энергии............................................. |
|
|
|||||
Глава II. Ламинарное |
течение |
вокруг вращающегося |
|
|||||
|
|
в свободном пространстве диска...... |
14 |
|
||||
§ 4. Ламинарное движение, создаваемое вращающимся |
14 |
|||||||
§ |
диском. Точное |
решение уравненийНавье-Стокса |
||||||
5. |
Приближенный расчет ламинарного пограничного слоя |
|
||||||
§ |
на вращающемся диске......................................... |
|
|
23 |
|
|||
6. |
Влияние обдува : диска перпендикулярным к его по |
|||||||
§ |
верхности потоком.......... ..................................... |
|
обдува- |
25 |
32 |
|||
7,Приближенный |
расчетвлияния |
|
||||||
§ |
8.Влияние равномерного отсосапо поверхности диска |
' 34 |
||||||
§ |
9. |
Течение вокруг диска при внезапном разгоне и оста |
||||||
§ |
новке ...................................................................... |
|
|
|
|
42 |
|
|
10. |
Общий случай неустановившегося движения вязкой |
|||||||
|
жидкости вокруг вращающегося диска при посте |
|
||||||
|
пенном разгоне....................................................... |
|
|
|
50 |
|
||
Глава III. Переход |
ламинарного течения вокруг вра |
|
||||||
|
|
щающегося диска в турбулентное . |
55 |
|
||||
§11. |
Общая картина явления.............................................. |
|
|
|
55 |
|||
§ 12. |
Метод малых |
колебаний |
для исследования устойчи |
|||||
§ 13. |
вости ламинарного течения.................................. |
|
60 |
62 |
||||
Вариационный метод решения задачи........................ |
|
|||||||
§ 14. |
Приложение к случаю вращающегосядиска............... |
|
64 |
|||||
Глава IV. Турбулентное течение вокруг вращающегося
всвободном пространстве диска. 68
§15. Интегральные соотношения пограничного слоя на
вращающемся диске............................................. |
68 |
§ 16. Решение Кармана для степенного |
профиля скоро |
стей .......................................................................... |
69 |
1* |
|
4 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
§ 17. |
Применение логарифмического профиля скоростей . |
73 |
|||
§ 18. |
Сравнение с экспериментальными данными ..... |
79 |
|||
§ 19. |
Влияние шероховатости поверхности диска............. |
|
|
82 |
|
§ 20. |
Влияние обдува диска при турбулентном режиме . . |
87 |
|||
Глава V. Теплоотдача вращающегося в свободном про |
|
||||
|
странстве диска................................... |
93 |
|
|
|
§ 21. |
Нагревание вязкой жидкости вращающимся диском. |
93 |
|||
§ 22. |
Точное решение уравнения баланса энергии............... |
|
|
||
Использование приближенного решения для расчета |
|
||||
|
теплоотдачи вращающегося диска при ламинарном |
|
|||
§ 23. |
режиме...................................................................... |
|
|
102 |
|
Аналогия Рейнольдса для теплоотдачи вращающегося |
|
||||
§ 24. |
диска (Р=1)........................................................... |
|
|
104 |
|
Влияние числа Р при квадратичном распределении |
|
||||
§ 25. |
температурных напоров ..................................... |
|
|
107 |
|
Расчет теплоотдачи при произвольном распределе |
|
||||
§ 26. |
нии температурных напоров по радиусу.... ... |
. |
110 |
ИЗ |
|
Сравнение приближенного решения с точным |
.... |
|
|||
§ 27. |
Сравнение с опытными данными................................... |
|
|
|
115 |
§ 28. |
Влияние обдува диска на теплоотдачу........................ |
|
|
118 |
|
Глава VI. Течение вокруг диска, вращающегося в огра |
|
||||
|
ниченном пространстве ................... |
119 |
|
|
|
§ 29. |
Вращение диска в очень узком кожухе........................ |
|
|
119 |
|
§ 30. |
Ламинарное течение между вращающимся и непо |
122 |
|||
§ 31. |
движным дисками неограниченных размеров .... |
||||
Вращательное движение жидкости над неподвижным |
|
||||
|
основанием............................................................... |
в кожухе |
125 |
|
|
§ 32. Ламинарное течение вокруг диска |
при |
|
|||
§ 33. |
больших числах R........................................... |
130 |
|
|
|
Турбулентный режим для диска, вращающегося в ко |
|
||||
§ 34. |
жухе .......................................................................... |
|
|
135 |
|
Влияние шероховатости.......................................... |
|
|
139 |
|
|
§ 35. |
Приближенный учет влияниярасходажидкости |
|
че |
|
|
§ 36. |
рез зазор между вращающимсядискомикожухом 143 |
|
|||
Опытное изучение течения вокруг диска, вращаю |
|
||||
§ 37. |
щегося в кожухе........................................................ |
|
|
147 |
|
Приближенный расчет потока между двумя вращаю |
|
||||
§ 38. |
щимися дисками........................................................ |
кожухе |
• |
156 |
160 |
Теплоотдача диска, вращающегося в |
• • и- |
||||
§ 39. |
Нестационарное течение с теплопередачей в |
вязкой |
|
||
|
несжимаемой жидкости между двумя вращающимися |
|
|||
|
дисками при наличии вдува..................................... |
|
|
162 |
|
Глава |
VII. Вращение кругового цилиндра в вязкой |
|
|||
|
среде..................................................... |
166 |
|
|
|
§ 40. |
Неизотермическое течение вязкой несжимаемой жид |
166 |
|||
§ 41. |
кости между двумя вращающимися цилиндрами ... |
||||
Неизотермическое течение сжимаемого вязкого |
газа |
|
|||
|
вокруг вращающегося цилиндра........................... |
|
|
171 |
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
5 |
||
§ 42. |
Об эффекте Ранка........................................................... |
между двумя вращающимися |
183 |
||||
§ 43. |
Устойчивость |
течения |
|
||||
§ 44. |
цилиндрами............................................................... |
|
|
|
|
184 |
|
Турбулентное течение вокруг вращающегося цилин |
|
||||||
§ 45. |
дра .................................................................. |
при |
|
|
|
193 |
|
Теплоотдача |
вращении кругового цилиндра для |
|
|||||
§ 46. |
турбулентного режима............................................ |
|
|
206 |
212 |
||
О нестационарном вращении цилиндра....................... |
|
|
|||||
Глава |
VIII. Вращение осесимметричного тела в осевом |
215 |
|||||
|
|
|
потоке вязкой жидкости............... |
|
|||
§ 47. |
Составление |
интегральных соотношений |
импульсов |
215 |
|||
§ 48. |
Выбор распределения скоростей.................................. |
|
|
218 |
|||
§ 49. |
Преобразование уравнений импульсов....................... |
потока . |
220 |
||||
§ 50. |
Начальные значения в |
точке разветвления |
224 |
||||
§ 51. |
Момент вращения и коэффициент сопротивления . . |
228 |
|||||
§ 52. |
Примеры расчетов. Сравнение с опытами.................... |
|
|
229 |
|||
8 53 |
. Вращение |
шара |
в |
неограниченной неподвижной |
|||
§ 54. |
среде . . ................................................................... 239 |
|
|||||
Вращающийся полубесконечный цилиндр в однород |
|
||||||
§ 55. |
ном потоке............................................................... |
|
|
|
|
245 |
247 |
Влияние сжимаемости.................................................... |
|
|
|||||
§ 56. |
Турбулентное течение около вращающегося осесим |
251 |
|||||
|
метричного тела, обтекаемого осевым потоком |
. . . |
|||||
ПРЕДИСЛОВИЕ
Задачи о течениях вокруг вращающихся осесимметричных
тел возникли в первую очередь из потребностей турбома шиностроения. Еще в конце прошлого века были предпри
няты опыты по определению мощности, затрачиваемой на вращение дисков паровых турбин. Так как роторы различных турбомашин содержат как необходимый элемент плоские
поверхности, перпендикулярные к оси вращения, то вопрос о течении вокруг вращающегося диска до сего времени при влекает внимание исследователей. Много внимания уделяется также такому элементу вращающихся роторов, как кру
говой цилиндр.
В связи с потребностями газотурбостроения и примене нием пара высоких температур в паровых турбинах особое значение в последнее время приобрел вопрос о теплоотдаче вращающихся элементов турбомашин, в первую очередь диска
ицилиндра. Исследования теплоотдачи вращающихся тел предпринимались также для разработки методов охлаждения электрических машин. Вопросы, связанные с сопротивлением
итеплоотдачей вращающихся тел, возникают и в других областях техники, например в связи с полетом вращающихся снарядов, в теории подшипников скольжения и т. п.
Теоретическому рассмотрению гидродинамического сопро
тивления и теплоотдачи вращающихся тел и посвящена настоящая книга. В ней приводятся также основные резуль
таты опытных исследований, которые сопоставляются с тео
ретическими решениями. Подробное представление о содер
жании книги дает оглавление.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Заметим, что в некоторых случаях в книге приводятся различные решения одной и той же задачи с тем, чтобы читатель приобрел опыт, необходимый для решения других подобных задач, связанных с гидродинамикой вращающихся
тел, которые могут встретиться в его практике.
Книга может представить интерес для инженеров и иссле дователей, занимающихся техническими приложениями гидро
динамики вязкой жидкости и газа, а также для студентов
и аспирантов.
Автор считает своим долгом выразить глубокую призна тельность профессору Л. Г. Лойцянскому, ценные советы
которого способствовали написанию настоящей книги.