Raft Master » Научная библиотека » Нектон. Биология южных морей » Уменьшение сопротивления движению (ГЛАВА V)


  • 4-01-2013, 05:03
  • | Views: 1640


Уменьшение сопротивления движению (ГЛАВА V)

Уменьшение сопротивления движению (ГЛАВА V)

Развитие приспособлений, направленных на уменьшение гидродинамического сопротивления, является одним из важнейших аспектов приспособления к нектонному образу жизни и составляет одну из наиболее общих особенностей нектонных животных, поскольку суммарная величина встречаемого нектером гидродинамического сопротивления определяет общую величину энергетических затрат, необходимых при данной экологии. Задача уменьшения встречаемого нектером гидродинамического сопротивления сводится, как мы видели, к уменьшению сопротивления формы, сопротивления трения и индуктивного сопротивления.

Способы уменьшения сопротивления формы направлены, по существу, на уменьшение вихреобразования и состоят в предотвращении отрыва пограничного слоя. Из гидродинамики известно (Прандтль, 1951; Шлихтинг, 1956; Мартынов, 1958, и др.), что предотвратить отрыв пограничного слоя можно несколькими способами. У нектеров встречаются в основном три способа, перечисленные ниже в порядке уменьшения частоты их встречаемости.

1. Ламинаризация формы тела достигается плавностью его общих контуров и расположения его наибольшего поперечного сечения близ середины его продольной оси. Тела ламинаризированной формы на определенных режимах обтекаются безотрывно или почти безотрывно, за счет чего процессы вихреобразования получают минимальное развитие. Безотрывному обтеканию в этом случае способствует также гладкость поверхности тела, отсутствие на ней всевозможных неровностей, которые, особенно на конфузорном участке, легко становятся причиной отрыва.

2. Турбулизация пограничного слоя в месте ламинарного отрыва или несколько выше по течению делает пограничный слой более устойчивым, благодаря этому место отрыва отодвигается далеко назад — к кормовой части тела и размеры возникающей вихревой системы значительно уменьшаются.

3. Отсос пограничного слоя представляет собою способ изъятия из него заторможенных масс жидкости. Этим достигается увеличение скоростей движения в пограничном слое, что и предотвращает возможность возникновения обратных токов в нем.

Способы уменьшения сопротивления трения состоят прежде всего в сохранении ламинарности пограничного слоя, что достигается увеличением скоростей в нем и увеличением гладкости обтекаемой поверхности.

Увеличение скоростей в пограничном слое имеет место, в частности, на конфузорном участке и на значительной части обтекаемого тела может быть достигнуто, следовательно, за счет увеличения этого участка. Однако чрезмерное удлинение конфузора приводит к чрезмерному укорочению диффузорного участка, что связано с увеличением кормового угла и облегчает отрыв пограничного слоя на диффузоре, т. е. ведет к усилению вихреобразования и потому само по себе не выгодно. Отсюда следует, что соотношение конфузорного и диффузорного участков у хорошо обтекаемых тел должно быть таково, чтобы оно в максимально возможной степени способствовало удлинению ламинарного участка обтекания и в то же время еще не приводило бы к заметной интенсификации процессов вихреобразования на диффузорном участке. Именно таковы упомянутые выше ламинаризированные профили, у которых расстояние от передней точки профиля до места его наибольшей толщины составляет 40—50% длины хорды профиля или даже превосходит эту величину (Мартынов, 1958).

Форма подобных профилей поразительно напоминает форму продольных проекций корпуса некоторых быстрых нектеров, особенно представителей Scombridae (рис. 71, А). В случае ламинаризированного профиля точка минимума динамического давления заметно смещена назад, что непосредственно определяет более заднее положение места перехода пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное, чем у профиля с более передним расположением места максимальной толщины (рис. 71, Б).

Увеличение гладкости обтекаемой поверхности тела помимо отсутствия на ней крупных выступов и неровностей определяется степенью ее аэродинамической гладкости, которая характеризуется (Мартынов, 1958, и др.) величиной относительной шероховатости, т. е. отношением средней высоты ki бугорков шероховатости к характерному линейному размеру рассматриваемого тела, в нашем случае — к эффективной длине Lc тела нектера. Под шероховатостью при этом понимается наличие на поверхности тела плотно расположенных выступов или впадин, расстояние между которыми того же порядка, что и их высота. При различной степени развития шероховатости она оказывает различное влияние на величину сопротивления трения. Здесь можно различать три случая.

Если бугорки шероховатости настолько малы, что еще не вызывают увеличения сопротивления трения по сравнению с гладкой пластиной, то такая поверхность называется аэродинамически гладкой, а ее шероховатость — допускаемой; в турбулентном пограничном слое бугорки такой шероховатости целиком находятся внутри ламинарного подслоя. Высота допускаемой шероховатости &доп определяется по формуле (Шлихтинг, 1956)
где I — длина обтекаемого тела, причем в нашем случае I = Lc. Если шероховатость не превышает допускаемую, то относительная шероховатость не влияет на течение в пограничном слое и сопротивление трения зависит только от числа Рейнольдса.

Если бугорки шероховатости того же порядка, что и толщина ламинарного подслоя, то течение в пограничном слое определяется как числом Рейнольдса, так и относительной шероховатостью.

Если же высота бугорков шероховатости заметно превышает толщину ламинарного подслоя, так что бугорки обтекаются с отрывом, то характеристики течения перестают зависеть от числа Рейнольдса и определяются только величиной относительной шероховатости (Шлихтинг, 1956; Мартынов, 1958).




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Трудности разграничения планктона и нектона


    Индуктивное сопротивление обтекаемого тела


    Увеличение высоты шероховатости


    Шероховатость верхней и нижней поверхности рострума


    Способы управления течением в пограничном слое

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры