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.

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 р_с в центре тяжести сечения струи, умно­женному на площадь S поперечного сечения струи

где Н - напор над центром тяжести сечения площадью S , м;  - скорость струи относительно преграды, м/с; ρ g 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?

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?

Литература: 1, 2, 3  

ГИДРОПНЕВМОПРИВОДЫ.