Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

а коэффициент подъемной силы

(3.10)

Здесь S - площадь проекции тела на плоскость, нормальную к направлению потока жидкости, в м. При косой обдувке тела появляется составляющая боковой силы С:, тогда коэффициент

Коэффициенты аэродинамического момента обозначают т, гПу и triz. При прежних обозначениях они определяются из выражения

Mj = mj qdS,

где j=x, у, z - в зависимости от осей, относительно которых определяется момент. Во многих случаях рассматривают более простую - двухмерную задачу, когда поток плоскопараллельный и картина обтекания одинакова по всей длине тела. Имитация бесконечно длинного тела достигается постановкой на концах модели тонких шайб большого размера, препятствующих затеканию жидкости с торцов, либо упором модели в стенки трубы с рабочей

частью прямоугольного сечения.

Коэффициент лобового сопротивления тела, отнесенный к единице его длины (размер поперек потока), увеличивается с ростом удлинения X = l:d [здесь / - длина тела, а d - характерный размер (диаметр трубы, сторона квадрата, треугольника и др.)], асимптотически приближаясь к предельному значению при к = = оо (рис. 3.4).

Пластинка представляет собой элементарное тело, исследование поведения которого облегчает понимание механизма явлений, происходящих с более сложными по форме телами. Рассмотрим жесткую тонкую пластинку (толщина пластинки не более 0,01-0,02 ее ширины), помещенную в поток реальной жидкости. При угле атаки а = 0° (пластинка по потоку) ее лобовое сопротивление определяется в основном силой трения, вызванной вязкостью среды. При угле атаки а = 90° и числах Рейнольдса до Re=I000, т. е. при очень малых скоростях потока, сопротивление пластинки сильно зависит от числа Рейнольдса

«4

0,2 0,1, O.i 0,S l/X

Рис. 3.4. Лобовое сопротивление тел в зависимости от нх удлинения

/ - пластинка; 2 -круглый цилиндр

в котором под характерным размером пластинки понимается ее ширина. При дальнейшем увеличении Re коэффициент лобового сопротивления пластинки не зависит от величины числа Re. Это чрезвычайно важное обстоятельство, позволяющее при моделировании не выполнять требований равенства чисел Рейнольдса модели и прототипа, значительно облегчает исследования.

Сопротивление пластинки при угле атаки а = 90° складывается из сил избыточного давления * (положительное давление) на переднюю сторону и сил давления от разрежения (отрицательное давление) на задней - тыльной стороне. Большую роль в величине лобового сопротивления пластинки играют силы давления от разрежения.

Из простых физических представлений следует, что при угле атаки а = 90° наименьший коэффициент лобового сопротивления прямоугольной пластинки с отношением сторон 1:1, численно он равен 1,18, по данным опытов. В этом случае разрежение позади пластинки становится меньше, чем при больших удлинениях. Коэффициент лобового сопротивления пластинки растет с удлинением и при бесконечной длине становится равным 1,98- 2,12* (см. рис. 3.4). Важно, что сопротивление пластинки начиная с удлинения 10 быстро возрастает.

При обтекании плоской пластинки, расположенной по потоку (угол атаки а = 0°), ламинарное течение в пограничном слое поддерживается на длине считая от передней кромки, определяемой числом Рейнольдса З-Ю-5-10. После этого течение переходит в турбулентное. Точка перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный с увеличением числа Рейнольдса перемещается от задней кромки пластинки к передней. Сопротивление пластинки растет, и наибольшим оно становится, когда точка (зона) отрыва приближается к передней кромке. Важно отметить, что чем дольше сохраняется ламинарное течение вдоль пластинки, тем меньше ее сопротивление. Поэтому задача создания хорошо обтекаемых тел заключается в выборе такого профиля, у которого переход в турбулентное обтекание или отрыв вихрей происходит вблизи задней кромки тела.

Визуализацией потока у пластинки, расположенной нормально к нему, установлено, что течение у ее краев срывается; за пластинкой образуются вихри, уносящиеся затем потоком. Течение жидкости у задней стороны пластинки и вблизи ее оси направлено против потока (рис. 3.5). Позади пластинки образуется область пониженного давления, величина которого до больших углов атаки постоянна почти до краев пластинки (рис. 3.6). Спереди наибольшая разность давления наблюдается у оси пластинки- у передней критической точки. К краям пластинки давление падает и у краев становится отрицательным (меньше статиче-

Положительная разность полного давления и статического (атмосферного).

* Разброс объясняется, по-видимому, небольшими различиями в моделях.

CKoro вдали). Средняя разность давления впереди квадратной пластинки равна приблизительно 0,38, а позади - 0,8 скоростного напора, в то время как у бесконечно длинной пластинки она равна соответственно 0,6 и 1,38. По СНиП коэффициент Сх пластинки принимают 1,4, при этом считают -t-0,8 на наветренную сторону и -0,6 - на подветренную.

Рис. 3.5. Течения и коэффициенты лобового сопротивления различных тел а-пластинка, с=1,18; б - шар (до кризиса), с=0,47; в -шар (за кризиссм).

-0,08; г - стойка, (;-0,04

Рис. 3.6. Распределение давления по плоской пластинке в зависимости от угла атаки (Фейдж)

Характерно, что для углов атаки от 90° до приблизительно 15° давление на заднюю сторону пластинки, уменьшаясь по абсолютной величине, остается примерно постоянным по всей ее ширине (см. рис. 3.6). С уменьшением угла атаки а центр давления по лицевой стороне приближается к передней кромке. В результате этого на пластинку будет действовать аэродинамический момент относительно оси г, проходящей через центр тяжести,

M, = m,bqS, (3.11)

где b - ширина пластинки.