Raft Master » Научная библиотека » Нектон. Биология южных морей » Эффективная длина компактной части тела


  • 4-01-2013, 08:24
  • | Views: 992


Эффективная длина компактной части тела

Эффективная  длина компактной части тела

Под эффективной длиной здесь и ниже понимается длина компактной части тела животного без нитевидных или листовидных придатков, поскольку они не определяют общей картины обтекания тела. Так, например, в случае пелагических головоногих моллюсков (Cephalopoda) эффективная длина Lc представляет собою абсолютную длину животного, включая сложенные щупальца, которые в совокупности образуют компактный конус. Напротив, нитевидные щупальца медузы Суапеа, длина которых может достигать до 30 м, не должны включаться в длину Lc. У Sagittoidea длина Ьс должна измеряться от передней точки тела до основания средних лучей хвостового плавника.

У бесчелюстных (Agnatha) и рыб при симметричном хвостовом плавнике, а также у морских змей (Hydrophidae, Acrochordidae и др.), китообразных (Cetacea) и сирен (Sirenia) длина Lc представляет собою длину до конца позвоночного столба. Если хвост заметно гетероцеркальный (Elasmobranchii, Acipenseriformes, Ichthyosauria и т. п.), то Lc соответствует длине до того места, где ось тела образует изгиб, поворачивая в сторону увеличенной лопасти хвостового плавника. У Molidae хвостовой стебель отсутствует, расположенный на заднем конце тела плавник очень толст и короток, а переход от туловища к плавнику чрезвычайно плавный, поэтому у представителей этого семейства длина Ьс представляет собою абсолютную длину, так же как и у морских черепах (Ghelonioidea, Der-mochelyoidea и др.), пингвинов (Sphenisciformes) и ластоногих (Pinnipedia) . Не следует включать в длину Lc имеющиеся у некоторых рыб (Xiphioidae, некоторые Beloniformes), ихтиозавров (Eurhinosaurus) и китообразных (Monodon) копьевидные или мечевидные рострумы, хорошо отграниченные от остальной части головы: такие рострумы в ряде случаев выполняют важную гидродинамическую функцию (Алеев, 19706), однако при анализе гидродинамических качеств компактной части тела длина последней, естественно, не должна включать в себя длину ростру-ма; во всех подобных случаях передней точкой эффективной длины тела должно считаться то место у основания рострума, где рострум начинает резко расширяться.

Экспериментально показано (Павленко, 1953; Мартынов, 1958; Дев-нин, 1967, и др.), что лобовое сопротивление эллипсоидов начинает резко увеличиваться при U > 0,50, а лобовое сопротивление рыбообразных тел вращения с заостренным задним концом — при U > 0,30. На этом основании с достаточным приближением можно принять, что нектон, как эколого-морфологический тип животных, приспособленный к активному плаванию в водной среде, характеризуется значениями U ^ 0,40. Из этого, однако, не следует, что для всех планктеров U > 0,40; в планктоне мы находим как формы с высокими значениями U (например, для медуз Aurelia и Cyanea U л? 1,0), так и удлиненные формы, для которых U << 0,40; в последнем случае количественные отличия планктона от нектона могут быть найдены с помощью других морфологических критериев.

В онтогенезе нектеров условие U ^ 0,40, как правило, сохраняется на всех стадиях постэмбрионального развития. Исключение составляют лишь предличинки некоторых рыб, имеющие очень большой желточный мешок, и, возможно, самые ранние планктонные личинки некоторых нектонных головоногих; в обоих этих случаях речь идет о явно планктонных стадиях, имеющих длину не более 1,0 см при Re < 2,0-102.

Непосредственная причина роста лобового сопротивления с увеличением значений U заключается в том, что с увеличением относительной толщины обтекаемого тела у его кормовой области увеличиваются положительные градиенты давления и соответственно усиливаются процессы вихреобразования. Известно (Прандтль, 1951, и др.), что если давление в обтекающем потоке уменьшается по направлению движения потока, то это способствует ускорению потока и препятствует возникновению вихрей отрыва, тогда как увеличение давления по направлению движения потока оказывает обратное действие: замедляет поток и способствует вихреобразованию.

В турбулентном пограничном слое, в отличие от ламинарного, происходит перемешивание жидкости, благодаря чему осуществляется постоянный интенсивный обмен импульсами между внешним потоком и пограничным слоем. Это обстоятельство позволяет турбулентному пограничному слою преодолевать без отрыва значительно большее возрастание давления, чем это возможно для ламинарного пограничного слоя, вследствие чего точка отрыва перемещается далеко вниз по течению, к кормовой оконечности обтекаемого тела (Шлихтинг, 1956).

При обтекании потоком жидкости какого-либо хорошо обтекаемого тела, например тела нектера, выделяются два участка, расположенные вдоль продольной оси тела и различные по градиентам давлений и скоростей. Первый участок расположен на пространстве от носовой оконечности тела до его наибольшего поперечного сечения; он характеризуется падением давления во внешнем потоке и увеличением его скорости в направлении движения потока, т. е. от носовой оконечности обтекаемого тела к его кормовому концу. Этот участок называется конфузор-н ы м, так как линии тока на его протяжении сближаются. Второй участок расположен за наибольшим поперечным сечением обтекаемого тела и тянется до его кормовой оконечности; он характеризуется нарастанием давления во внешнем потоке и уменьшением его скорости в направлении движения потока. Этот участок называется диффузорным, так как линии тока на его протяжении расходятся.

Поскольку возможность отрыва пограничного слоя возникает, как сказано выше, при замедлении внешнего потока вниз по течению, очевидно, что отрыв возможен на диффузорном участке, т. е. вихревая система, если она возникает, охватывает заднюю часть обтекаемого тела, в частности заднюю часть тела нектера.

Будучи связана прямой зависимостью с величиной положительных градиентов давления, интенсивность вихреобразования на конфузоре зависит главным образом от двух причин. Во-первых, от относительной толщины тела, с увеличением которой увеличивается так называемый кормовой угол тела, образованный контурами его профиля, за счет чего растут положительные градиенты давлений на конфузоре; в соответствии с этим при прочих равных условиях интенсивность вихреобразования будет прямо пропорциональна величине U. Во-вторых, от скорости обтекающего потока, т. е. в нашем случае от скорости движения нектера, с увеличением которой также увеличиваются положительные градиенты давления на конфузоре; из этого, на основании равенства (3), следует, что интенсивность вихреобразования прямо пропорциональна величине числа Рейнольдса.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Трудности разграничения планктона и нектона


    Индуктивное сопротивление обтекаемого тела


    Функции хвостового плавника


    Уменьшение сопротивления движению (ГЛАВА V)


    Обтекание у Xiphioidae

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры