Виды энергии воздушного потока

Энергия – это способность тела совершать работу.

Энергия бывает двух видов:

– потенциальная;

– кинетическая.

Потенциальная энергия давления газа – это способность газа приводить работу под действием силы давления.

P Выражением потенциальной энергии является статическое давление (давление на стенки).

Кинетическая энергия – это способность газа производить работу вследствие своего движения (энергия движущегося тела, воздуха).

;

Выражением кинетической энергии является скоростной напор.

– формула скоростного напора.

ρ >; q >;

V >; q >.

Закон Бернулли.

Этот закон показывает зависимость между скоростью потока в данном сечении и давление в том же сечении.

Выведен на основании двух законов:

1 – закона неразрывности установившегося потока;

2 – закона сохранения энергии.

 

 

Согласно закона неразрывности:

S₁·V₁ = S₂·V₂ = S₃·V₃, т.к. S₁ < S₂; V₁ > V₂

Согласно закона сохранения энергии:

– общая энергия газа в единицу времени:

 

– уравнение Бернулли.

 

Закон: В установившемся потоке в любом сечении струи сумма статического давления и скоростного напора есть величина постоянная.

Примеры применения закона Бернулли.

1. Закон объясняет возникновение подъемной силы на крыле самолета.

 

V₂ > V₁, т.к. путь S₂ > S₁, P₂ > P₁

P₁ – P₂ = У

2. Работа воздушного винта.

3. Работа ПВД.

4. Пульвизатора.

5. Карбюратора.

6. Включение в работу автоматических предкрылков самолета Ан-2.

Вывод: Закон Бернулли устанавливает зависимость между скоростью потока и статическим давлением. Зависимость обратная, т.е. чем больше скорость потока, тем меньше статическое давление.

Тема №3. Сопротивление воздуха.

1. Принцип обратимости.

Рассматривая два случая относительного движения тела и воздушной среды.

а) 1 – ый случай: Тело движется в неподвижном воздухе с относительной скоростью (V).

сила R – аэродинамическая сила, тормозящая движение тела

 

б) 2 – ой случай: Воздух набегает на неподвижное тело с той же скоростью.

Опыты показывают, что аэродинамическая сила (R), препятствующая движению тела в обоих случаях одинакова и зависит от относительного движения тела и воздушной среды (это называется принципом обратимости движения).

Формулировка:

Если конфигурация тела и его положение в потоке не изменяется, то величина, направление и точка приложения результирующей аэродинамической силы не зависят от того, обтекается ли тепло потоком воздуха или же оно движется в неподвижном воздухе, а зависит только от величины и направления их относительной скорости.

 

2. Аэродинамический спектр обтекания тел.

Видимая картина обтекания тел воздушным потоком называется аэродинамическим спектром обтекания.

Для получения аэродинамического спектра пользуются:

– дымовым методом;

– методом шелковинок.

Дымовой – выпуск тонких струек дыма, даёт объёмное представление о характере обтекания тела;

– позволяет легко определять места, где нарушается обтекание (плавное, безвихревое) и без больших затрат подобрать наиболее выгодные формы обтекаемой поверхности тела.

Метод шелковинок (полости 70-80мм) при безотрывном обтекании тела шелковинки спокойны и ориентированы.

Спектр обтекания изменяется при:

– изменении формы тела;

– положении тела в потоке;

– изменении скорости и вязкости воздуха.

Аэродинамические спектры обтекания по характеру могут быть:

– плавные;

– вихревые;

– симметричные;

– нессиметричные.

 

 

Тела, имеющие плавный спектр обтекания называются удобообтекаемыми.

Аэродинамический спектр обтекания – если тело имеет ось симметрии и поток набегает параллельно, оси симметрии называются симметричными.

Несимметричный спектр обтекания – когда тело не имеет оси симметрии или поток набегает под углом к оси симметрии.

Аэродинамический спектр обтекания состоит из невозмущённого воздушного потока и возмущенного потока.

Невозмущённый поток – это поток, в котором линии тока не деформированы присутствующим в нём теплом (V – одинаковая).

Возмущённый поток – это поток, в котором линии тока деформированы присутствующим в потоке теплом.

 

Основные элементы воздушного потока.

Потенциальный слой – граница между невозмущённым потоком и пограничным слоем (V_частиц = V_потока).

Пограничный слой – тонкий слой заторможенного воздуха, скорость частиц в котором изменяется от “нуля” до V движения частиц невозмущенного потока (возникают внутри силы трения).

 

 

В пограничном слое могут быть два вида течения:

– ламинарное;

– турбулентное.

Ламинарное – это участок пограничного слоя, на котором поток течёт спокойно в виде отдельных слоёв (частицы движутся, упорядочено по слоям).

Турбулентное – частицы движутся беспорядочным завихренным потоком (частицы вращаются, переходят из одного слоя в другой, вращательное движение увеличивается с увеличением (V) невозмущённого потока).

 

 

Пограничный слой всегда уменьшает скорость полёта и подъёмную силу, а потому его всячески стараются уменьшить (применяют удобообтекаемую форму, повышают частоту обработки поверхности тела).