Дайте энергетическую интерпретацию уравнения Бернулли для потока вязкой жидкости

Критический угол атаки.

Угол атаки профиля (крыла), при котором его аэродинамическая подъемная сила достигает своего максимального значения при определенных значениях скорости и плотности набегающего потока. На закритических (больших критического) углах атаки происходит срыв потока и подъемная сила профиля (крыла) падает. Сила аэродинамического лобового сопротивления при увеличении угла атаки неуклонно возрастает.

72. Объясните причину появления подъёмной силы на крыле.

Крыло, обтекаемое потоком воздуха, создаёт в нём возмущения, приводящие к отклонению воздушной массы потока вниз. Согласно закону сохранения импульса, это приводит к возникновению подъемной силы, направленной в противоположную сторону, т.е вверх.[1]

Дым показывает движение воздуха, обусловленное взаимодействием крыла с воздухом.

Одним из популярных объяснений принципа действия крыла является ударная модель Ньютона: частицы воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью крыла, стоящего под углом к потоку, упруго отскакивают вниз («скос потока»), толкая крыло вверх. Данная модель учитывает закон сохранения импульса, но полностью игнорирует обтекание верхней поверхности крыла, вследствие чего она даёт заниженную величину подъёмной силы.

В другой популярной модели возникновение подъёмной силы приписывается разности давлений на верхней и нижней сторонах профиля, возникающей согласно закону Бернулли. Обычно рассматривается крыло с плоско-выпуклым профилем: нижняя поверхность плоская, верхняя — выпуклая. Набегающий поток разделяется крылом на две части — верхнюю и нижнюю, — при этом верхняя часть вынуждена проходить более длинный путь, чем нижняя, вследствие выпуклости крыла. Исходя из условия о неразрывности потока, делается заключение, что скорость потока сверху крыла должна быть больше, чем снизу, что вызывает разность давлений и подъёмную силу. Однако, данная модель противоречит закону сохранения импульса, так как поток после крыла считается невозмущённым и неотклонённым. Кроме того, эта модель не объясняет возникновение подъёмной силы на двояко-выпуклых симметричных или на вогнуто-выпуклых профилях, когда потоки сверху и снизу проходят одинаковую длину

73.Какие сопротивления называют местными? Местные гидравлические сопротивления – элементы трубопроводов, в которых вследствие изменения размеров или конфигурации русла происходит изменение скорости потока и обычно возникают вихреобразования. Уравнение

Группы и подгруппы местных сопротивлений:

1) Расширение русла – внезапное, плавное.

2) Сужение русла - внезапное, плавное.

3) Поворот русла - внезапный, плавный. (с.4, ч.2)

74.Какие определяются потери напора по длине трубопровода?

Потери напора по длине определяются по формуле Дарси – Вейсбаха:

 

(1)

здесь λ – коэффициент гидравлического сопротивления,

L – длина трубопровода,

Rг = ω/χ– гидравлический радиус,

v – средняя скорость движения жидкости,

g – ускорение свободного падения,

ω - площадь живого сечения потока,

χ - смоченный периметр.

Коэффициент гидравлического сопротивления λ зависит от режима течения жидкости и шероховатости внутренней поверхности трубы (канала), т.е.

λ = λ(Re, Δ/4Rг),

Re = 4vRг/ν - число Рейнольдса,

Δ/4Rг – относительная шероховатость,

ν – кинематическая вязкость.

Средняя скорость движения жидкости может быть определена следующим образом

v=Q/S,

Q – объемный расход,

S – площадь поперечного сечения потока.

Общие потери напора в трубопроводе находятся путём суммирования потерь напора на прямолинейных участках и в местных сопротивлениях hпот= hтр+hмc – этот метод называется принцип сложения потерь.

75.Чем отличается структура потока при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости?

ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости. Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.

Дайте энергетическую интерпретацию уравнения Бернулли для потока вязкой жидкости.

При движении вязкой жидкости вдоль твёрдой стенки, например в трубе, происходит торможение потока вследствие влияния вязкости, а также в результате действия сил молекулярного сцепления между жидкостью и стенкой. Поэтому наибольшей величины скорость достигает в центральной части потока; по мере приближения к стенке скорость уменьшается практически до нуля. Неравномерное распределение скоростей означает скольжение(сдвиг) одних слоев или частей жидкости по другим, вследствие чего возникают касательные напряжения, т.е. напряжения трения. Кроме того, движение вязкой жидкости часто сопровождается вращением частиц, вихреобразованиями и перемешиванием. На это затрачивается энергия, поэтому удельная энергия движущейся вязкой жидкости(полный напор) не остаётся постоянной, как в случае идеальной жидкости, а расходуется на преодоление сопротивлений и, следовательно, уменьшается вдоль потока. В пределах рассматриваемых поперечных сечений потока справедлив основной закон гидростатики, т.е гидростатический напор есть величина одинаковая для всех точек данного сечения.(с.34-37, ч.1) уравнение

77.Виды гидравлических сопротивлений. При движении потока жидкости происходят потери напора, т.к. часть удельной энергии потока затрачивается на преодоление различных гидравлических сопротивлений (и соответственно им потери напора) подразделяют на 2 вида: 1.сопротивления трения по длине, возникающие при движении жидкости по всей длине потока и зависящие от его длины; 2.местные сопротивления, возникающие при неравномерном движении жидкости в отдельных местах потока (коленах, тройниках, задвижках, внезапных сужениях или расширениях потока) и практически не зависящие от длины.