ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ
Сопротивление среды при движении орудий лова Изучение гидродинамических сил, действующих на рыболовные орудия, движущиеся в воде или установленные на течении, базируется на общих принципах гидродинамики. Первой проблемой в
этом плане, возникшей в начале XX века, является проблема определения суммарного сопротивления среды. Значительно позже возникли задачи о распределении гидродинамических сил по сетной поверхности рыболовного орудия. Хотя форму рыболовных орудий определяют исходя из поведения рыбы в процессе лова, однако представляет также интерес выбор внешних форм орудия лова и с гидродинамической точки зрения. При этом имеется в виду обеспечение наименьшего сопротивления, установление наиболее выгодного гидродинамического влияния деталей орудий лова на уловистость, обеспечение минимума деформации рыболовных орудий. Известно, что величина гидродинамического сопротивления данного тела зависит от двух факторов: интенсивности вихре- и волнообразования вокруг тела и свойств самой жидкости. В соответствии с теорией Гельмгольца—Кирхгофа струйки жидкости, приближаясь к препятствию, например к пластине, отклоняются от первоначального направления и плавно обтекают переднюю сторону пластины (рис. 1.4). За пластиной струйки срываются с ее кромок и текут дальше, отделяя застойную область, где скорость жидкости равна нулю. Давление за пластиной соответствует гидростатическому, а перед ней — повышенное. В опытах распределение давления оказывается близким к теоретическому в передней части тела и значительно отличается в задней части, где образуются вихри и давление падает. Разница истинных давлений дает так называемую силу сопротивления формы тела. Кроме того, в вязкой жидкости существует трение между ее частицами и поверхностью тела, которое также направлено против движения. Сумму этих двух сил — сопротивление формы и сопротивление трения — называют сопротивлением тела. В прикладной гидромеханике для определения величины гидродинамического сопротивления движущегося тела пользуются выражением Ньютона R = k r Fv2, (1.20 ) где k — безразмерный опытный коэффициент, зависящий от формы тела и физических условий движения; r — плотность жидкости, кг/м3; F — характерная площадь тела, м2; v — скорость движения жидкости относительно тела, м/с; R — гидродинамическая сила, Н. В общем виде величину коэффициента гидродинамического сопротивления k можно представить как k = Ф(r, l, v, m, a, g, a0), (1.21) где r —плотность жидкости, кг/м3; l—характерный линейный размер тела, м; v — характерная скорость движения тела в жидкости, м/с; m— коэффициент вязкости жидкости, Н·с/м2; a — коэффициент поверхностного натяжения, кг/с2; g — ускорение силы тяжести, м/с2; а0 — скорость звука в жидкости, м/с. На величину коэффициента сопротивления движению тела в жидкости наибольшее влияние имеют вязкость жидкости, размеры тела, скорость движения и соответственно обобщающее их число Рейнольдса (1.22) где v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Формула сопротивления тела (1.20) часто используется в виде (1.23) где с — безразмерный гидродинамический коэффициент; р — плотность жидкости, кг/м3; v — скорость движения тела (жидкости), м/с; F — характерная площадь тела, м2. Безразмерный коэффициент c рассчитывают по данным опытов. В таких опытах, выполняемых обычно в гидроканалах или аэродинамических трубах, непосредственно измеряется сила сопротивления R, действующая на тело при скорости v, плотность жидкости (или газа) р и характерная площадь тела F. Подсчитанные из опытов значения с относятся к соответствующим каждому эксперименту значениям числа Рейнольдса, и результаты опытов представляются для практического пользования в виде функций с = f(Re). Нетрудно видеть, что безразмерные коэффициенты сопротивления k из выражения (1.20) и с из выражения (1.23) имеют одинаковый физический смысл и связаны постоянным числом множителем, а именно с = 2k. При скоростях движения v, меньших скорости звука а0, сжимаемоcть газов не проявляется и законы их течения вокруг тел те же, что и для жидкостей. Поэтому при v <аО выражение (1.23) пригодно для расчета сопротивления тел, движущихся в воде, воздухе и других жидких и газообразных средах. Значения r и v для воды и воздуха, т. е. для сред, в которых обычно проводятся эксперименты по определению сопротивления в гидроканалах и аэродинамических трубах приведены в табл. 1.3. Таблица 1.3
Сказанное выше вполне справедливо для деталей оснастки рыболовных орудий, имеющих стабильную форму и обтекаемых потоком жидкости. Что же касается сетей, то определение гидродинамических сил для них имеет ряд рассматриваемых ниже особенностей, вызванных проницаемостью сети и нестабильностью ее формы. Детали оснастки орудий лова представляют собой тела, близкие по форме, к шарам, цилиндрам и пластинкам (плоским и профилированным). ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|