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

Рис. 3.16. Течение жидкости около цилинд-ров-тандем (Re>3-10)

ского, поэтому задний цилиндр стремится притянуться к переднему.

На рис. 3.17 приведены графики коэффициентов лобового сопротивления одинаковых цилиндров-тандем в зависимости от расстояния между ними, выраженного в диаметрах цилиндра. Эти данные относятся к условиям- докризисного обтекания -

Re = l,8-105. Как видно на рис. 3.17, при расстоянии между цилиндрами до трех диаметров коэффициент суммарного лобового сопротивления цилиндров-тандем меньше коэффициента сопротивления одного цилиндра. Подобная картина обтекания цилиндров-тандем будет и в за-кризисной области.

Общее лобовое сопротивление не очень даЛеко расположенных цилиндров-тандем всегда меньше суммы сопротивлений изолированных. При расстоянии даже 90 диаметров лобовое сопротивление обоих цилиндров равно 1,83 одинарного. Лобовое сопротивление шероховатых цилиндров-тандем увеличивается после кризиса, оставаясь все же меньше суммы сопротивлений изолированных цилиндров. Коэффициент лобового сопротивления заднего цилиндра всегда меньше, чем переднего. Небольшая по толщине решетка (связь) между цилиндрами-тандем почти не влияет на величину сопротивления, если относительное расстояние между цилиндрами невелико.

Влияние малого смещения заднего цилиндра с общей оси сказывается на сопротивлении обоих только при небольших расстояниях между ними. Например, при расстоянии, равном одному диаметру, и угле скольжения 10° коэффициент лобового сопротивления увеличивается на 100%, а при расстоянии 4-6 диа-

0.? 0.1

Рис. 3.17. Коэффициенты лобового сопротивления цилиндров-тандем

; - переднего; 2 - заднего; 3 - среднее для двух

метров - всего лишь на 10%. При малом расстоянии между цилиндрами (доли диаметра) и угле скольжения 90° сопротивление двух цилиндров немного больше суммы сопротивления двух изолированных цилиндров.

Кризис сопротивления присущ всем телам, у которых точка отрыва пограничного слоя может перемещаться в зависимости от числа Рейнольдса. Это справедливо при неизменной степени турбулентности потока. Круглый цилиндр, шар, эллипсоид являются примером таких тел. У хорошо обтекаемых тел кризиса сопротивления в указанном смысле не может быть, потому что их сопротивление определяется преимущественно силами трения. Но и здесь переход течения в пограничном слое, например из турбулентного в ламинарный, сильно снижает профиля.

Действие потока воздуха на простые тела

Ветровая нагрузка на сооружения и здания стала предметом изучения с конца прошлого века. Отдельные работы появились ранее. Вопросам ветровой нагрузки на сооружения посвящена книга Э. И. Реттера, изданная в 1936 г. [11]. Некоторые сведения о ветровой нагрузке на сооружения приведены в книгах Г. А. Савицкого [12], А. Г. Соколова [13], Ю. Козака [14], в отчетах ЦАГИ. Ряд экспериментальных данных, представляющих интерес и для строителя, собран в книге Е. В. Красноперова [15].

Рост размеров и усложнение формы конструкций, для многих из которых ветровая нагрузка стала доминирующей, вызвал потребность натурных наблюдений за сооружениями. Ветровая нагрузка изучалась по включенным в конструкцию индикаторам статических и динамических усилий. При этом записывались скорость и направление ветра по высоте, величина и направление перемещения конструкции. Такие наблюдения проводились иногда несколько лет, например за трубами тепловых электростанций, висячими мостами, радиомачтами. Были получены ценные материалы, но все же недостаточные по ряду соображений. Во многих наблюдениях не велась синхронная запись скорости ветра и деформаций конструкции. Часто ограничивались данными средней скорости ветра на высоте 10 м. Большинство наблюдений было сделано в условиях относительно слабых ветров, когда многие явления сглаживаются, при этом количественная оценка искажается. Можно указать и на ряд других обстоятельств, препятствующих установлени.ю точных зависимостей между силой ветра и перемещением конструкции. Например, для правильной оценки профиля ветра по высоте ветроизмеритель-ные приборы должны быть размещены на значительном расстоянии от конструкции, чтобы исключить искажения воздушного потока, вносимые сооружением. Часто длина рей была недостаточна.

в свете изложенного результаты многих натурных наблюдений имеют пока ценность для качественной оценки действительной работы сооружения при ветре.

Большую помощь в совершенствовании конструкций .может дать тщательный анализ повреждений или аварий, если удается установить обстоятельства и истинную причину.

Наибольшая ветровая нагрузка на конструкции в виде круглого цилиндра, шара или на такие, у которых" наблюдается кризис обтекания, может оказаться при меньшей величине скорости, чем расчетная. Это надо иметь в виду при проверке деформативности сооружения. Например, если при расчетной скорости число Рейнольдса круглого цилиндра было 3,6-10* (за кризисом), а при расчете на деформативность оно оказалось 1,8-105 (до кризиса), то ветровая нагрузка приблизительно одинакова, несмотря на то что скорость ветра снизилась в 2 раза. Это следует из рис. 3.8. Такая же картина может быть, например, у шара, скругленных квадратных и прямоугольных цилиндров и тел, у которых наблюдается кризис обтекания, т. е. резкое снижение коэффициента Сх-

КоэффициентЕ>1 лобового сопротивления Сх, подъемной силы Су и момента Шг определяют экспериментально и относят к единице площади, а для длинных тел - к единице длины (размера) вдоль или поперек тела. При пользовании справочной литературой обращают внимание на величину удлинения тела, влияющего на величину аэродинамических коэффициентов (см. рис. 3.4). Желательны также сведения о шероховатости поверхности тела, также влияющей на его сопротивление.

Аэродинамическое сопротивление конструкций целесообразно рассматривать, начиная с простых по форме тел.

Полное сопротивление тонкой гладкой пластинки бесконечной длины, наклоненной к потоку, изменяется в зависимости от угла атаки, как это показано, например, на рис. 3.7. С достаточной точностью коэффициент лобового сопротивления можно принять пропорциональным Ijlsina, где а - угол атаки. Это хорошо удовлетворяется для углов атаки 40-60°, а при а<35° коэффициент лучше повысить до l,2sin2a.

В ряде случаев расчета необходимы полное сопротивление, координаты центра давления или коэффициент аэродинамического момента. Например, для плоских крыш зданий, открытых

t-О.Ш

l2Su

Рис. 3.18. Нагрузка на плоскую крышу / - нормированная; 2 - действительная