Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Пограничный слой при обтекании несжимаемой жидкостью плоской пластинки. Задача Блязиуса




Дадим теперь полное решение задачи об установившемся пограничном слое на абсолютно гладкой тонкой неподвижной пластинке – полуплоскости (см. рис. 5.1), когда скорость набегающего потока постоянна и направлена по оси x (по пластинке).

В этом случае уравнения (5.8) и (5.3) приобретают вид

,

(5.12)

,

так как движение установившееся, а внешний поток представляет собой поступательное движение с постоянным давлением .

На пластинке имеем условие прилипания

при

, , (5.13)

на внешней границе пограничного слоя

при

. (5.14)

Так как в рассматриваемой задаче нет характерного линейного размера, то система размерных и безразмерных определяющих параметров имеет вид

, , , и , . (5.15)

Поэтому искомые функции и можно представить через безразмерные функции и вида:

, . (5.16)

Если теперь в уравнениях (5.12) и в граничных условиях (5.13) и (5.14) совершить замену переменных:

, , , , (5.17)

то получим

,

(5.18)

при , ,

при .

Уравнения и граничные условия для функций и не содержат параметра , поэтому решение системы (5.18) не должно зависеть от . Из (5.16) получим:

,

(5.19)

,

так как аргумент содержит параметр , от которого решение не зависит.

Из формул (5.19) вытекает, что уравнения с частными производными (5.18) приводятся в данной задаче к обыкновенным уравнениям с одной независимой переменной

. (5.20)

 

Решение задачи Блязиуса

 

В общем случае из уравнения неразрывности

следует, что для плоскопараллельных движений несжимаемой жидкости существует функция тока такая, что

и .

Полагая

,

найдём

.

Таким образом, на основании уравнения неразрывности получим, что компоненты и выражаются через функцию в виде

,

. (5.21)

Подставляя (5.21) в уравнение движения, после простых преобразований получим

. (5.22)

Для получения решения этого нелинейного обыкновенного дифференциального уравнения третьего порядка необходимо найти функцию в интервале , удовлетворяющую уравнениям (5.22) и на концах интервала следующим граничным условиям, вытекающим из (5.18):

и . (5.23)

Для определения функции требуется решить краевую задачу. Эту краевую задачу легко свести к задаче Коши с данными на одном конце, если воспользоваться следующим общим свойством решений уравнения (5.22).

Пусть - некоторое решение уравнения (5.22); непосредственной проверкой легко убедиться, что функция

(5.24)

также является решением уравнения (5.22) при любом постоянном .

Определим теперь функцию как решение следующей задачи Коши для уравнения (5.22):

, . (5.25)

С помощью уравнения (5.22) и данных Коши (5.25) функцию нетрудно рассчитать известными численными методами для любых . По данным расчёта можно определить предел

, причём . (5.26)

Определим теперь в формуле (5.24) постоянную таким образом, чтобы удовлетворялось условие (5.23) при . Имеем:

,

и

, .

Отсюда следует, что

.

Очевидно, что для получения искомого решения для функции с помощью формулы (5.24) достаточно положить или на основании (5.26)

.

Следовательно, полное решение представляется формулами (5.21) и (5.24) при , определённой из численного решения задачи Коши (5.25).

 

Сопротивление трения

Вычислим теперь касательную составляющую напряжения вязкого трения на поверхности пластинки. Имеем

. (5.27)

Напряжение трения зависит от координаты x и падает с ростом x.

Полное сопротивление одной стороны прямоугольного участка пластинки шириной b и длины по потоку L представится формулой

.

Отсюда для коэффициента трения получим

(5.28)

где .

Таким образом, в этом случае полное сопротивление пропорционально скорости обтекания U0 в степени , а коэффициент трения обратно пропорционален корню квадратному из числа Рейнольдса.

Напомним, что сила сопротивления движению тел с постоянной поступательной скоростью в вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса пропорциональна первой степени скорости.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-04-03; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 671 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Жизнь - это то, что с тобой происходит, пока ты строишь планы. © Джон Леннон
==> читать все изречения...

2255 - | 2025 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.008 с.