25. Сопротивление давления при обтекании жидкостью твердого тела.

Формула для определения сопротивления давления имеет вид: , - коэффициент сопротивления давления. ω – миделевого сечения тела (проекция тела на плоскость перпендикулярную направлению давления). Рассмотрим обтекание кругового цилиндра потоком невязкой жидкости (без трения). Картина течения является симметричной: на боковых пов-тях цилиндра течения ускоренное, а на лобовой и кормовой поверхностях – замедленное. В критических точках А и Д скорость потока равна 0; давление имеет максимальную величину одинаковую для обеих точек. Распределение давления по пов-ти цилиндра, представ. на рисунке существенно для жидкости без трения. Там где давление жидкости больше, чем давление в набегающем потоке, стрелки направлены к стенкам цилиндра, где оно меньше – от стенок. В следствии симметрии этих сил, равнодействующая их=0. Равномерный поток идеальной жидкости не оказывает силового воздействия. На обтекаемый им цилиндр, т.е.сопротивление цилиндра=0. Этот вывод противоречит реальным наблюдением и известен под названием парадокса Эйлера-Даламбера. При обтекании цилиндра реальной вязкой жидкостью, частицы, движущиеся в непосредственной близости к его пов-сти, теряют часть кинетич. энергии под действием сил трения. В результате движения частицы жидкости уже не могут далеко продвинуться в зону возрастания давления на участке ВD и останавливаются не доходя до точки D, а затем под действием давления во внешней зоне потока начинают двигаться назад. По мере увеличения скорости зона возвратного течения возрастает и из нее образуется вихрь, который в дальнейшем отрывается от тела и уплывает вниз по течению. На его месте возникает новый вихрь, который также отрывается и т.д. Образование вихрей за обтекаемым телом приводит к резкому понижению давления в кормовой части цилиндра по сравнению с давлением в невозмущенном давлении. Распределение давления по пов-ти цилиндра, обтекаемого вязкой жидкостью может быть представлена в след-ем виде.(рис2). Т.о. силы перед цилиндром и за ним не компенсируются друг другом. Равнодействующая сила давления на обтекаемое тело направлена в сторону течения жидкости, обусловливает собой сопротивление давления. Для тела заданной формы распределения давления при обтекании его потока зависит от числа Рейнольдса т.е. коэф-нт С_д зависит как от формы тела так и от числа рейнольдса. Теоретическое определение коэф-та С_д обычно затруднено и его значение находят экспериментально, испытывая тело в аэродинамической трубе. С увеличением числа Рейнольдса значение коэф-та уменьшается и практически принимает постоянную величину при больших числах Рейнольдса.

Если надо получить возможно малые значения коэф-та С_д телу придается обтекаемую форму, что способствует уменьшению размеров области отрывного течения. Если тело не симметрично или его плоскость симметрии расположена наклонно по отношению к потоку, результирующая сила F, действующая на тело со стороны потока не совпадает с направлением потока.

Тогда эту силу можно разложить на 2 составляющие F_x направленную вдоль потока, и F_у, направленную перпендикулярно потоку. Составляющая F_x это рассматриваемая выше сила лобового сопротивление, составляющую F_у наз. подъемной силой.

Исследования обтекания тел нашли широкое применение при расчётах и конструировании колёс турбокомпрессоров, вентиляторов, насосов, пропеллеров и винтов. Весьма важной явл. задача о движении тела в сжимаемой жидкости при скоростях, близких к скорости звука.