Сопротивление плохо обтекаемых тел в потоке газа

Плохо обтекаемыми будем называть такие тела, которые в любом положении обтекаются с отрывом потока. Для плохо обтекаемых тел, даже при малых скоростях, значительную часть полного сопротивления составляет сопротивление давления.

Специфические особенности спектра отрывного обтекания можно проследить на примере шара или цилиндра.

При достижении некоторого критического числа Рейнольдса точка перехода совпадает с точкой отрыва. Следовательно, в точке отрыва слой турбулентный, обладающий большей сопротивляемостью отрыву. В результате изменения режима движения в слое

вблизи отрыва точка резко перемещается по потоку и обтекание шара улучшается кризисным образом: коэффициент сопротивления уменьшается в 2— 4 раза. Уменьшение происходит за счет снижения сопротивления давления, так как сопротивление трения в турбулентном слое больше, чем в ламинарном. Этоявление называют „кризисом сопротивления“ Плохо обтекаемых тел.Положение линии перехода Т при < зависит от степени турбулентности набегающего потока. Поэтому и критическое число существенно меняется в зависимости от .При увеличении турбулентности

до критическое число уменьшается почти в 3,5 раза.

46. Движение газа в криволинейных каналах

При движении газа в кривол-ных каналах возни­кают специф-ие явления. Действ-но, рассм-м течение газа по каналу посто-ого сечения, в ко­тором поток совершает поворот на 90°. Ско­рости движения в канале малы по срав-ю со скоростью звука, так что влиянием сжимаемости можно пренебречь. В связи с тем, что частицы газа движутся по криволин-м траекториям, давление на внешней (вогнутой) и внутренней (выпуклой) стенках канала оказ-ся разным и различно меняется в направ-и движения. Так как частицы ядра потока под дей­ствием центробежных сил оттесняются к внешней стенке, то давление вдоль АВ возрастает по сравнению с давле­нием входящего потока р i, а вдоль А\В_Х — уменьшается. За поворотом давление на вогнутой стенке снижается, а на выпуклой возрастает; на значительном расстоянии за поворотом давления выравн-тся.

Таким образом, в сечениях криволинейного канала устанавливается неравномерное распределение скоро­стей и давлений; здесь возникает поперечный градиент давления. Частицы жидкости, движущиеся в погранич­ном слое вдоль плоских стенок, находятся под воздей­ствием разности давлений и, обладая малой скоростью в направлении основного движения, перетекают к вну­тренней стенке, испытывая большее отклонение, чем частицы, более удаленные от стенок. По условию сплош­ности в ядре потока должны возникать компенсирующие течения, направленные к внешней стенке. В результате в канале образуется вторичное вихревое движение, которое налагается на основной поток. Линии тока вто­ричного течения являются замкнутыми в поперечном сечении канала.

Вторичное течение состоит из двух потоков, которые около плоских стенок направлены к (выпуклой поверхности, а в центре канала—к вогнутой поверхности ка­нала. Вторичные потоки имеют симметрично-винтовой характер. Линии тока вторичного течения на плоских стенках показаны пунктиром.

Вдоль участка вогнутой стенки АВ и вдоль участка выпуклой стенки B\D_X течение диффузорное. В зависи­мости от формы криволинейного канала здесь могут возникнуть отрывы (зоны I и II на рис. 5-49, а). Отрыв на вогнутой стенке АВ может быть локализован после­дующим конфузорным течением на участке BD

47. Вращающиеся потоки вязкого газа

Энтальпия торможения в потоке вязкого газа с неравномерным распределением скоростей является переменной величиной и условие l₀=const не может служить характеристикой течения и интегралом уравнения энергии адиабатического потока.

Наиболее отчетливо этот эффект обнаруживается во вращающихся потоках газа и, в частности, в вихревой трубе Ранка.

Таким образом, в вихревой трубе обнаруживается эффект температурного разделения газа, который может быть использован для целей охлаждения различных тел и, в частности, в холодильных установках кратковременного действия и пр. Вместе с тем этот эффект заслуживает дальнейшего подробного теоретического и экспериментального изучения, так как он проявляется во всех случаях, когда возникает вращательное движение газа (ступень турбомашины, вихревой насос и др.).

Необходимо подчеркнуть, что неравномерное распределение температур торможения в адиабатическом потоке вязкого газа, связанное с неравномерным распределением скоростей, обнаруживается и при внешнем обтекании тел (в пограничном слое и в кормовом следе). Во всех случаях, когда выделяющаяся теплота трения не равна количеству тепла, отводимому теплопроводностью, имеет место неравномерное распределение полной энергии

Суживающиеся сопла

Суживающиеся сопла широко применяются для со­здания потоков дозвуковых и околозвуковых скоростей. Гидравлический расчет таких сопел весьма прост и сводится к определению размеров выходного сечения пс заданному расходу газа и заданной скорости истече­ния. При расчете считают, что течение газа в сопле адиабатическое, так как за короткое время протекания газовых частях через сопло теплообмен с окружающей средой практически не устанавливается. Следовательно, для расчета сопла могут быть использованы уравнения адиабатического течения. Если пренебречь влиянием трения, то течение в сопле можно считать нзоэнтролнческим. Как показывает опыт, потери на трение в коротких соплах невелики.

Обозначив, как и раньше, параметры полного тор­можения ро. То и р_в (в рассматриваемом случае—это параметры газа в резервуаре), а параметры среды за соплом р_а, Т_а и р_в, можем определить скорость в вы­ходном сечении F сопла по уравнению (‘2-10):

По уравнению неразрывности можно найти весовой расход газа

Подставив сюда значение скорости из формулы (6-1), получим:

Формула (6-2) дает расход газа в зависимости от дав­ления и плотности газа в резервуаре и давления среды. Эта формула справедлива в предположении равномерного распределения скоростей в выходном сечении сопла F. Расход газа G в зависимости от меняется так же, как приведенный расход q.