3.3. Течение жидкости и газа. Закон Бернулли. Скачок уплотнения
реклама
@Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач. http://www.jlproj.org 3.3. Течение жидкости и газа. Закон Бернулли. Скачок уплотнения Упорядоченное движение жидкости без междуслойного перемешивания называется ламинарным течением. При увеличении скорости потока возникающие в жидкости колебания приводят к образованию хаотического турбулентного движения. При ламинарном течении жидкости передача импульса от слоя к слою происходит за счет молекулярного механизма (вязкость), поэтому скорость потока жидкости в трубе плавно убывает от центра трубы к стенкам; при турбулентном потоке скорость почти постоянна по сечению трубы, резко убывая на самой границе жидкости со стенкой трубы. Для безвихревого течения справедлив закон Бернулли, согласно которому полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль всего потока. Полное давление состоит из весового, статического и динамического давлений. Из закона Бернулли следует, что при уменьшении сечения потока из-за возрастания скорости, т.е. динамического давления, статическое давление падает. Закон Бернулли справедлив также и для ламинарных потоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости потока лежит в основе работы различного рода расходомеров, водо- и пароструйных насосов. Отметим, что закон Бернулли справедлив в чистом виде только для жидкостей, вязкость которых равна нулю; также жидкости не «прилипают» к поверхности трубы. На самом деле экспериментально установлено, что скорость жидкости на поверхности твердого тела всегда в точности равна нулю. Именно поэтому на поверхностях, находящихся в потоке жидкости, всегда образуются какие-то наросты, осаждения; этим же объясняется и тот факт, что на лопастях бешено крутящегося вентилятора, всегда появляется слой пыли. Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел потоком жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобового сопротивления, при обтекании возникает так называемое волновое сопротивление, являющееся результатом затрат энергии на образование акустических или ударных волн. В газе, например, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения у лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым потоком газа. При образовании скачка уплотнения резко увеличивается плотность, температура, давление и скорость вещества потока; в результате могут иметь место процессы диссоциации и ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым излучением. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед фронтом волны, так и поверхность движущегося тела. Подробнее об ударных волнах и скачке уплотнения можно прочесть в книге Зельдовича Я.Б., Райзера Ю.П. «Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений», М., 1963. или в сборнике статей «Газовая динамика», 1950.
