Журнал Моделист-конструктор №11 - Столяров Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Кто не слышал о старинном способе утихомиривать волны с помощью масла, выливаемого на поверхность моря? Но вряд ли многим известно, что именно Рейнольде первый попытался дать научное объяснение этому явлению.
Ветер на море создает волны, внутри которых лочти нєт Турбулентных 8их-
рей. Кинетическая энергия таких волн не рассеивается. Масляная пленка на поверхности воды оказывается как бы твердой стенкой, под которой сразу же начинается турбулизация. С этого момента энергия ветра затрачивается не на увеличение волн, а на образо-
УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ ДЛЯ ТУРБИН ОКЕАНСКИХ ЛАЙНЕРОВ. СКОНСТРУИРОВАННЫЕ О. РЕИНОЛЬДСОМ: 1 — штыри; 2 — опора; 3 — подшипники подушки; 4 — подшипник-«гре-бень»; 5 — вал; 6 — винт.
вание вихрей, превращающих кинетическую энергию тяжелых валов в безобидное Для корабля тепло.
Такое стремление к получению прикладных результатов из самых абстрактных исследований характерно для Рейнольдса.
Он провел серию опытов по акустике, которые также завершились решением практической задачи: почему звук заглушается в тумане? «Звук, — объясняет ученый, — это быстрое колебание воздуха, за которым не поспевают медлительные капельки воды. В результате трения между воздухом и капельками воды энергия звука превращается в теплоту и звук заглушается».
А почему раскалывается дерево, когда в него попадает молния? Несколько исследований, связанных с образованием грозовых облаков и изучением их электрических свойств, ставят перед Рейнольдсом эт/ проблему. И он экспериментально доказывает: мощность молнии так велика, что влага, содержащаяся в древесине, практически мгновенно испаряется. Происходит взрыв, разрывающий волокна дерева.
Наконец, именно Ремнольдсу принадлежит классический, вошедший в учеб-
...ПРОИСХОДИТ ВЗРЫВ,' РАЗРУШАЮЩИЙ ВОЛОКНА ДЕРЕВА,
25
: ключ
ОТ... СКОРОСТИ
Моделист-конструктор должен уметь вычислять лобовое сопротивление своих моделей. Для этого пользуются формулой
Q = CxF^-.
где
Q — сопротивление в кг, F — лобовая площадь в м2,
v — удельный вес в кг/м3;
V — скорость в м/сек;
g — ускорение свободного падения в м/сек2.
Наибольшие трудности в зтой формуле вызывает определение Cs — безразмерного коэффициента сопротивления. Вот здесь и приходит на помощь чиспо Рейнольдеа. Оказывается, дпя всех геометрически подобных теп зависимость коэффициента сопротивления от чиспа Рейнольдеа одна и та же. Поэтому стоит нам продуть с разными скоростями маленький шарик и построить по результатам продувок график зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдеа, как мы получим кривую, с помощью которой можно вычислять сопротивления шаров любых размеров, движущихся с любыми скоростями и в любых жидкостях.
При малых числах Рейнольдеа коэффициент Cx весьма велик, затем он постепенно уменьшается, потом делается примерно постоянным, при R = 200 ООО он внезапно уменьшается до 0,1. Потом снова увеличивается и, начиная с SOO 000, остается приближенно постоянным. Примерно такую же картину дают и другие тела, которые сужаются сзади более или менее плавно: эллипсоиды вращения, круглые цилиндры, поставленные поперек потока, обтекаемые тела.
ники физики ответ на вопрос: почему лед скользкий? Под лезвием конька из-за высокого давления лед плавится, и между коньком и льдом все время образуется водяная смазка, которая как раз и делает лед единственным скользким телом з природе.
Но особо большое значение имели работы Рейнольдеа для конструкторов океанских судов, Некоторые даже считают, что без исследований Рейнольдеа не было бы той революции на флоте, которую произвела паровая турбина с редуктором...
Когда мы говорим о быстроходных океанских лайнерах и военных кораблях, на память сразу же приходят гигантские турбины, внушительных размеров корпуса. Но мы почти всегда забываем о главчых упорных подшипниках — поистине уникальных механизмах, передающих корпусу упор с вра-
Для тел с острыми краями — пластинок, открытых полушарий и т. д. — зависимость проще: у них коэффициент сопротивления не засксит от чиспа Рейнольдеа и остается постоянным. Для круглой пластинки Cx = M1; для квадратной — 1,1; для полого пепушгра с открытой стороной вперед — 1,33, для неге же с открытой стороной назад — 0,34.
Пусть надо вычислить сопротивление шара диаметром в 0,1 м, движущегося под водой со скоростью 10 м/сек. В этом случае число Рейнольдеа бу-
/ V • d \
дет -106 = ——I1
где
V — скорость в м/сек, d — диаметр в м,
V — коэффициент кинематической вязкости в м2/сек. Этому значению соответствует Cx =0,2. Следовательно,
^ „ т. X 0,1» юоо J 100 0-0,2 2-^---^^7,9.
j-
Предположим, нам нужно определить сопротивление модели, движущейся в веде с высокой скоростью. Ко в имеющемся гидродинамическом канале такую скорость получить нельзя. Как быть! Оказывается, испытание в воде межно заменить испытанием в воздухе. Только надо выбрать скерость в аэродинамической трубе так, чтобы чиспа Рейнольдеа в обоих случаях были рав-
Z (1, V; <3з
ны, те есть -— = —-.
Следовательно,
_ ¦*> Z »| Z dt
V2 - d2 =---
