(5.43)
(5.43а)
Действие
этих сил приводит к изменению количества движения массы жидкости, проходящей
через контрольную поверхность за единицу времени где
–
объемный расход жидкости через контрольную поверхность. Проекции изменения
количества движения на координатные оси равны
(5.44)
(5.45)
Так
как а
, то
Из
уравнений (5.43–5.44) с учетом
При
увеличении радиуса от до
, при котором
поток не испытывает возмущения от профиля,
получим
но тогда
, то
есть сила лобового сопротивления равна нулю, так как отсутствуют силы трения.
Определим
теперь силу . Из
уравнений (5.43а) и (5.45) получаем
.
Так
как то
(5.46)
В
уравнении (5.46) величина С учетом этого равенства имеем
(5.47)
В
уравнении (5.47) и
при
С
учетом этих условий
Так как
– циркуляция
скорости, то
.
Разделив обе части на
, получим
(5.48)
Равенство (5.48) носит название теоремы Н.Е. Жуковского.
Вектор
скорости ,
повернутый на
в
сторону, противоположную направлению циркуляции, указывает направление действия
подъемной силы.
Если
вектор скорости совпадает с направлением оси 0, циркуляция
направлена по часовой стрелке (Г<0), тогда
– положительная.
5.3.1. Обтекание решетки профилей
Лопатки
рабочих колес турбин, центробежных насосов и компрессоров образуют решетки
профилей. Для простоты рассмотрим прямолинейную решетку (рис. 5.6), для которой
– шаг
решетки,
–
хорда профиля,
–
относительный шаг.
Параметры потока перед решеткой обозначим индексом 1, за решеткой – 2. Введем фиктивную скорость
. (5.49)
Согласно
закону сохранения массы (это видно и из плана скоростей, показанного на рис.
5.6), .
Из закона сохранения энергии следует
. (5.50)
Закон сохранения импульса для замкнутого контура АВСD дает
,
(5.51)
Так
как и
, то
из (5.50) следует
, (5.52)
где Г –
циркуляция скорости по контуру АВСD.
Рис. 5.6
Из уравнений (5.51) и (5.52) получим
,
. (5.53)
Поскольку
, то
. (5.54)
Таким
образом, в насосах и компрессорах лопатки колес будут оказывать силовое
воздействие на жидкость или газ с силой . В турбинах поток будет
вращать колесо, воздействуя на лопатки с такой же силой, создавая на выходном
валу необходимый крутящий момент.
6. ДИНАМИКА ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
6.1. Режимы течения
Различают
два режима течения – ламинарный и турбулентный. Ламинарное (слоистое) течение
отличается постоянством во времени скорости и давления в любой точке потока.
Такое течение существует при сравнительно небольшой скорости движения жидкости.
При достижении некоторого критического значения скорости происходит
переход от ламинарного к турбулентному движению, которое характеризуется
непрерывным изменением во времени скорости и давления в любой точке. Возникает
пульсация этих параметров, в результате чего происходит интенсивное
перемешивание жидкости по всему объему потока. Исследованиями было установлено,
что критическая скорость, соответствующая переходу от одного режима к другому,
зависит от вязкости, диаметра трубопровода. Количественно переход от одного
режима к другому определяется величиной критерия Рейнольдса:
. На
практике наиболее часто принято считать, что при
в
трубопроводах имеет место ламинарный режим течения, при Re > 2300 –
турбулентный.
Течение вязкой жидкости в общем виде описывается уравнением (3.21), несжимаемой – уравнением (3.23).
При
решении задач гидродинамики турбулентных потоков вводится понятие осредненной
составляющей скорости и напряжения
.
Тогда их локальные значения будут равны
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.