Силовое взаимодействие потока с твердым телом

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИГДГиГ

_________________________________________________________________

кафедра

УТВЕРЖДАЮ                  

   Заведующий кафедрой

_____  _____________

 подпись    инициалы, фамилия

« _____»   _______  20 ___ г.

РЕФЕРАТ

Тема: Силовое взаимодействие потока с твердым телом

Студент,     ____________        __________              ______________

                    номер группы         подпись, дата          инициалы, фамилия

Преподаватель                         __________               ______________

                                                  подпись, дата               инициалы, фамилия

Красноярск 2011

Содержание

1.Силовое взаимодействие потока с твердым телом

1.1. Взаимодействие струи на твердые преграды………………………………1

1.2. Обтекание тел жидкостью…………………………………………………..4

13.Подъемная сила и эффект Магнуса……………………………………….…7

Список используемой литературы……………………………………..………11

1. СИЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКА С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ

1.  1. ВОЗДЕЙСТВИЕ СТРУИ НА ТВЕРДЫЕ ПРЕГРАДЫ

Струя капельной жидкости, окруженная газом, считается незатопленной, а окруженная жидкостью примерно той же плотности — затопленной.

Давления по длине во всех живых сечениях струи одинаковы и равны внешнему. Поэтому, применяя уравнение Бернулли для двух сечений горизонтальной струи относительно плоскости сравне­ния, проходящей по ее оси (z₁ = z₂ = 0, р₁ = р₂), можно написать, что

Потери напора, вызываемые внешней средой, трением и завихре­нием частиц, приводят, таким образом, к уменьшению кинетической энергии, а следовательно, и средней скорости v₂ по мере удаления струи от места ее выхода (конца трубы, насадка и др.).

Снижение скорости по длине, в соответствии с уравнением нераз­рывности, приводит к расширению струи. Этот процесс сопрово­ждается захватом струей частиц внешней среды, на что расходуется кинетическая энергия и струя все более затормаживается и, наконец, разрушается.

Рассматривая поле скоростей и структуру струи, можно наметить следующие характерные участки: начальный, где в центре тяжести сечения максимальная скорость равна средней скорости выхода из насадка (рис.1); основной, где струя компактна, сформировалось поле скоростей и скорость в центре уменьшается пропорционально длине; конечный, где струя разрушается.

Для водяных незатопленных струй, в частности, гидромониторных струй, длина начального участка lн = (140 - 145)d_H где d_H — диаметр насадка.

рис.1

 При экспериментальном определении основных параметров струй (сила давления на преграду,    дальность полета и др.) и распростране­нии их результатов на инженерные расчеты необходимо соблюдать условия подобия.

 Сила давления струи на пре­граду (активная сила давления) зависит от диаметра насадка и расстояния между выходным отверстием насадка и преградой (рис.2 ). Теоретически она опре­деляется следующим образом.

рис.2

Определенная масса жид­кости втекает за секунду в ог­раниченное пространство через сечение /—/ (рис.2, а) и вы­текает через сечения II—II, Известно, что приращение проекции количества движения и каком-то направлении равно проекции импульса действующих сил в том же направлении. Приняв за ось проекций ось х, получим

-Р_х = М_сек (0 - v) = -M_ceKv = -рQv

где —Р_х — сила реакции, действующая на отсек жидкости;

+ Р_х — активная сила, действующая на стенку (отсюда назва­ние — активные гидротурбины).

Расход и скорость жидкости, выходящей из насадка

Q =µи   v=

где Н — полный напор перед насадком.

Подставив их в выражение для силы давления струи, получим

Р_х =

Если преграда имеет форму, при которой струя будет поворачи­ваться на 180° (рис.3, б), то уравнение примет вид

P_x =

P_x=

Рис. 3. Натекание струй на преграду:

а — плоскую; б — криволинейную

Если преграда (лопатка) движется в том же направлении, что и струя, то сила воздействия уменьшается, так как уменьшается их относительная скорость. В данном случае для плоской лопатки сила давления будет

P_x=pQ(v-u),      (3)

где и — линейная скорость лопатки.

Мощность, передаваемая струей плоской лопатке,