3й курс 5 семестр / KL_Gidromekhanika_SM

т. е. располагаемые гидростатические напоры должны быть пропорциональны линейным размерам объектов.

Рис. V—2

При выполнении условий подобия масштаб времени kT для процессов течения в натуре и модели определяется принятым линейным масштабом kL и масштабом скоростей, равным по формуле (8) k0 k1/L 2

kT kL / kv kL1/ 2

Указанные соотношения позволяют выразить масштабы всех производных физических величин как функции двух независимых масштабов — kL и к . Так, для масштаба сил, исходя из формулы (1), имеем

kP k kv2kL2 k kL3

k kP / kL2 k kL .

3. В большинстве случаев реализация условия (11) технически весьма затруднительна или невозможна. Поэтому в практике моделирования обычно осуществляют частичное подобие потоков, при котором выполняется условие подобия главных сил, наиболее существенных для рассматриваемого гидравлического явления.

111

Если характер движения в основном определяется свойствами инертности и весомости жидкости, а влияние вязкости относительно невелико (безнапорные русловые потоки, истечение маловязких жидкостей через большие отверстия и водосливы, волновые движения и т. д.), моделирование осуществляется по критерию гравитационного подобия. При этом выполняется условие (9) для скоростей, а условие равенства чисел Рейнольдса, приводящее к соотношению (11), не соблюдается (натура и модель работают обычно на одной и той же жидкости). При моделировании по числу Fr масштабы всех физических величин (за исключением вообще произвольного k ) выражаются через два независимых масштаба kL и k таким же образом, как и при выполнении условий полного подобия (табл. 1).

4. При напорном движении жидкости (для которого характерно отсутствие свободной поверхности) силы тяжести не влияют на распределение скоростей в потоке, и для обеспечения кинематического подобия потоков выполнения условия гравитационного подобия не требуется. Вместе с тем характер движения существенно зависит от соотношения сил инерции и вязкости жидкости, поэтому моделирование напорных потоков осуществляется по критерию вязкостного подобия. Скорости в натуре и модели должны при этом удовлетворять соотношению

(6) и определяться выбранными по условиям эксперимента масштабами kL и k . Если жидкости одинаковы (k = 1), то

Вопросы для самопроверки.

1.Какие потоки являются геометрически, кинематически и динамически подобными?

2.Сформулируйте условия гидродинамического подобия потоков и гидравлических машин.

3.Поясните физический смысл критерия Ньютона, Рейнольдса, Фруда и Эйлера.

4.Какая сила, действующая на поток жидкости, считается главной действующей силой при моделировании по числу Фруда? По числу Рейнольдса?

Тема 6.2. Взаимодействие потока жидкости с твердыми телами.

Активное и реактивное взаимодействие между струей и стенкой различной формы. Силы воздействия потока на стенки. Сопротивление тел в потоке жидкости. Сопротивление давления и трения. Зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса при движении судна.

Указания к теме 6.2.

112

Струя жидкости, вытекающая из отверстия или насадка, встречает на своем пути преграду /стенку/ и производит на нее давление. Сила воздействия струи на преграду, называемая активной силой, определяется по формулам в зависимости от угла наклона преграды, площади поперечного сечения и скорости струи. Так, теоретическая сила давления струи на неподвижную плоскую стенку равна удвоенному гидростатическому давлению рс в центре тяжести сечения струи, умноженному на площадь S поперечного сечения струи

рость струи относительно преграды, м/с; ρg и ρ - соответственно удельный вес, и плотность жидкости, н/м3, кг/м3.

Одновременно с активной силой возникает сила реактивного воздействия струи на резервуар, из которого вытекает жидкость. Эти две силы равны по величине, но наплавлены прямо противоположно.

В случае, когда тело обтекается потоком реальной жидкости, полное сопротивление, которое оказывает жидкость движущемуся в ней телу, условно можно разделить на 2 части: 1/ сопротивление, обусловленное действием вязкости, 2/ сопротивление, обусловленное волнообразованием. Сопротивление, обусловленное вязкостью, в свою очередь можно подразделить на сопротивление трения и сопротивление формы. Под сопротивлением трения /поверхностным сопротивлением/ понимают проекцию на направление скорости касательных сил, действующих на поверхности тела. Это сопротивление обусловлено только вязкостью жидкости, возникает от скольжения жидкости вдоль поверхности тела и проявляется в пограничном слое. Под сопротивлением давления /сопротивлением формы/ понимают проекцию на направление скорости потока равнодействующей сил нормальных давлений. Это сопротивление зависит от вязкости, формы тела и условий его обтекания жидкостью.

Волновое сопротивление возникает вследствие того, что движение тела вызывает расходящиеся и поперечные волны. В зависимости от длины и скорости судна поперечные волны, образующиеся у кормы и носа могут взаимодействовать, усиливая или ослабляя волнообразование.

Силы, возникающие при взаимодействии потока жидкости и твердых тел, являются главными движущимися силами при работе гребных винтов, турбин и насосов различного назначения.

Вопросы для самопроверки.

1.Чему равна активная сила воздействия струи жидкости на плоскую стенку?

2.При действии на какую поверхность активная сила воздействия струи будет наибольшей?

113

3.Чему равна реактивная сила воздействия между струей и твердым телом? Как можно увеличить эту силу?

4.Укажите области использования активной и реактивной сил.

5.Из каких сил складывается сила гидродинамического сопротивления?

6.Объясните причину неравномерного распределения давления по поверхности шара при обтекании его потоком.

7.Какие тела называются плохообтекаемыми. Как можно уменьшить вихревые зоны?

114

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1.Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1982. - 424 с.

2.Сборник задач по машиностроительной гидравлике/ Под. ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвидза. - М. : Машиностроение,1981.- 464 с.

Дополнительная

3.Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. Изд. Харьковского университета, 1970. - 396 с.

4.Чугаев P.P. Гидравлика. - Л.: Энергия, 1982. - 672 с.

5.Альтшуль А.Д., Киселев. П.Г. Гидравлика и аэродинамика. -М.: Стройиздат, 1975. -323 с.

115

© Осовский Дмитрий Иванович «Гидромеханика»

Конспект лекций для студентов направления 6.070104 «Морской и речной транспорт»

специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок» дневной и заочной формы обучения.

Тираж ___________ экз. подписано к печати_______________

Заказ № ________ Объем 4,2 п.л.

Издательство „Керченский государственный морской технологический университет”.

98309 г.Керчь, ул. Орджоникидзе,82

116