Структура сил вязкостной природы

Удобообтекаемые и плохообтекаемые тела

К удобообтекаемым телам относятся пространственные тела, обтекание которых в про­дольном направлении происходит без отрыва потока. Как правило, это конфигурации большого удлинения с плавными очертаниями (например, корабельного крыльевого типа). Поверхность удобообтекаемого тела не имеет изломов, а местный угол наклона касатель­ной плоскости к поверхности тела мал. К типу удобообтекаемых тел относятся, например, компоновки, состоящие из профилирован­ной носовой части (полуэллипсоид с удлинением, равным примерно двум), цилиндрической вставки большого удлинения, переходной профилированной кормовой части и конической кормовой части.

Течения жидкости около плохообтекаемых тел характеризуют­ся развитыми, обширными областями отрыва потока. Эти области формируются, как правило, в кормовой части. Классическими при­мерами таких тел являются сфера, а также цилиндр, пластина, диск, установленные поперек потока. Удлинение плохообтекаемых тел невелико.

Действие вязкости прояв­ляется двояким образом. Прежде всего на поверхности тела воз­никают силы трения, сумма которых дает общую силу трения

(6.23)

где t — единичный вектор, касательный к поверхности;

S — площадь поверхности тела.

Кроме того, вследствие вязкости формируется погранслой, который увеличивает эффективную толщину обтекаемого тела на толщину вытеснения δ*. Обтекаемый контур тела конечных раз­меров становится бесконечным, так как след простирается вниз по потоку до бесконечности. Деформация реального контура приводит к перераспределению давления по сравнению со случаем обтекания идеальной жидкостью. В результате парадокс Даламбера — Эйле­ра теряет свою силу. Возникает сила давления, вызванная вяз­костью:

(6.24)

Суммарная гидродинамическая сила в вязком потоке будет равна

(6.25)

Проекция этой силы на ось х_а скоростной системы координат даст силу сопротивления, состоящую соответственно из двух сла­гаемых: сопротивления трения и сопротивления давления. Послед­нее слагаемое называют также сопротивлением формы. Итак,

или

В случае удобообтекаемых тел силы трения играют доминиру­ющую роль в общем балансе сил сопротивления. В случае плохообтекаемых тел силы давления становятся соизмеримыми с сила­ми трения, а иногда и значительно превосходят их.