Лобовые сопротивления и пути их уменьшения.
Лобовое сопротивление относится к одному из видов местных сопротивлений, на преодоление которого потребуется потеря части энергии движения потока. Миделевым сечением называется наибольшее сечение тела в плоскости, перпендикулярной движущемуся потоку.
Лобовым называется сопротивление, оказываемое потоку находя-щимся в нем телом. B условиях горных выработок лобовым со-противлением называется сопротивление тел, размеры которых поперек потока значительно превосходят размеры выступов ше-роховатости (сопротивление армировки шахтных стволов, ваго-неток, стоящих поперек выработки стоек и др.)- Однако из сооб-ражений удобства расчетов некоторые лобовые сопротивления ус-ловно относятся к сопротивлению трения (сопротивление арми-ровки стволов и стоек индивидуальной крепи в лавах). Понятие лобового сопротивления в определенной степени условно. На-пример, лобовое сопротивление оказывают выступы шерохова¬тости стенок выработки. Однако их сопротивление относитсяксо- противлению трения.
Механизм действия сил сопротивления. Рассмотрим действие сил сопротивления при обтекании тела вентиляционной струей на примере обтекания цилиндра. Ламинарное движение воздуш¬ного потока вдоль всей поверхности обтекаемого тела происходит без срыва струй вследствие преобладания сил вязкости над си¬лами инерции частиц воздуха (рис. 7.7). При турбулентном дви¬жении усиливается торможение на поверхности цилиндра (силы трения становятся пропорциональными квадрату скорости движе¬ния воздуха), что вызывает повышение давления в направлении движения. Увеличивающееся давление стремится опрокинуть по¬ток в некоторой точке A (см. рис. 7.7), где силы инерции значи¬тельно ослаблены трением. Точка A становится точкой отрыва ос¬новного потока. За ней вдоль поверхности тела движется встреч¬ный поток, образующий вихревую зону рассеивающую энергию аналогично местным сопротивлениям. Движение в погра¬ничном слое еще остается ламинарным. При дальнейшем увели¬чении числа Re движение в пограничном слое превращается в турбулентное. Турбулизация пограничного слоя затягивает от¬рыв потока, вследствие этого точка отрыва потока перемещается вниз по течению. B результате вихревая зона сужается, что вы¬зывает уменьшение потерь энергии и сопротивления тела (это явление открыто в 1912 г. Г. Эйфелем). Для тел неправильной формы отрыв потока происходит раньше, чем для тел обтекае¬мой формы, вследствие чего вихревая зона увеличивается и со¬противление тела возрастает. Таким образом, лобовое сопротив-ление слагается из сопротивления давления (сопротивления формы), с определенной условностью включающего и сопротив¬ление вихревых зон, и сопротивления трения воздуха о поверх¬ность тел. Следует отметить, что последнее также зависит от формы тела. Для тел неправильной формы преобладает сопро¬тивление формы, для тел обтекаемой формы эти два вида со¬противления сравнимы.
Расчет лобового сопротивления. Выразим силу сопротивления тела (H), обтекаемого турбулентным потоком, через скоростное давление потока около тела, т. e,
