Поверхности раздела
Из сказанного в предыдущем параграфе следует, что в жидкости с умеренным трением, которым в первом приближении можно пренебречь, при обтекании всякого острого ребра всегда образуется поверхность раздела. Если такое ребро представляет собой края отверстия, через которое жидкость проходит, например, при внезапном расширении трубы, при истечении воды через отверстие сосуда под водой и т. п., то образуется такая же струя, как при истечении в свободную атмосферу из отверстия в стенке сосуда.
Правда, в том случае, когда струя жидкости попадает в пространство с той же жидкостью (вода в воду или воздух в воздух), вихри, возникающие из поверхности раздела, приводят к тому, что струя быстро смешивается с окружающей жидкостью. Наконец, если острое ребро представляет собой края пластинки, поставленной поперек потока, то позади пластинки образуется область сравнительно спокойной воды, так называемое мертвое пространство. Это пространство более или менее заполнено вихрями, и скорость течения в нем значительно меньше, чем в окружающем потоке.
Первые теоретические исследования движений жидкости с образованием поверхностей раздела принадлежат Гельмгольцу (Helmholtz). В частности, он исследовал форму струи, вытекающей из щели в плоской стенке, предполагая при этом, что сила тяжести отсутствует, причем для исследования применил метод конформного отображения. О расчете, выполненном Кирхгоффом (Kirchhoff) для потока с образованием мертвой зоны
При некоторых условиях поверхности раздела образуются также при обтекании округленных тел. Поэтому во многих случаях характер обтекания сглаженных ребер почти такой же, как и при обтекании острых ребер. Особого интереса заслуживает случай обтекания углубления в стенке. На острых краях углубления сначала образуются вихри и поверхности раздела. Но после того как вихри уплывают вместе с потоком, линии тока принимают вид, правда, при условии, что ширина углубления небольшая, так как иначе возникающий поток получается неустойчивым.
В углублении жидкость практически находится в покое, поэтому давление здесь во всех точках одинаковое и такое же, как в потоке, протекающем над углублением. В самом деле, если бы при переходе через поверхность раздела давление изменялось, то возникло бы соответствующее движение жидкости, но, как показывают наблюдения, этого не происходит. Если соединить такое углубление при помощи трубки с каким-нибудь прибором для измерения давления, то таким путем можно измерить давление в текущей жидкости.
Вместо углубления можно сделать в стенке просто отверстие, например, с круглым поперечным сечением. Края отверстия или углубления должны быть совершенно ровными, без всяких заусениц, так как наличие хотя бы одной заусеницы приводит к изгибанию поверхности раздела и, следовательно, к резкому изменению давления. Допустимо умеренное округление краев отверстия.
Рассмотренная идея может быть применена и для измерения статического давления внутри движущейся жидкости. Для этой цели в жидкость вводится очень тонкий диск, имеющий маленькое отверстие посредине и припаянный к концу тонкой трубки. Однако такой прибор, называемый шайбой Сера, очень чувствителен к отклонению плоскости диска от направления потока. Значительно лучше так называемый нифер. Этот прибор дает более или менее точные показания даже при отклонении оси трубки от направления потока на 5°. При больших углах отклонения показания получаются заниженными.
Если такое измерение статического давления произвести одновременно с измерением полного давления при помощи трубки Пито, то можно определить динамическое давление равное разности полного и статического давлений. Зная же динамическое давление и плотность р, можно вычислить скорость течения w. В технической системе единиц (м, кг, сек) плотность атмосферного воздуха равна довольно точно У8 кгсек2/м4, Для воды плотность равна р = 102 кгсек2/м4.
Однако для воды обычно предпочитают указывать не давление, а высоту, соответствующую давлению. Обозначая эту высоту через h (в метрах), Нифер для измерения статического давления, можно соединить с трубкой Пито в один цельный прибор, позволяющий сразу определять динамическое давление, а вместе с ним и скорость течения. одна из конструкций такого прибора, отличающаяся малой чувствительностью к отклонению своей оси от направления потока. При измерении скорости воздуха такой прибор присоединяется обычно к микроманометру
Правда, в том случае, когда струя жидкости попадает в пространство с той же жидкостью (вода в воду или воздух в воздух), вихри, возникающие из поверхности раздела, приводят к тому, что струя быстро смешивается с окружающей жидкостью. Наконец, если острое ребро представляет собой края пластинки, поставленной поперек потока, то позади пластинки образуется область сравнительно спокойной воды, так называемое мертвое пространство. Это пространство более или менее заполнено вихрями, и скорость течения в нем значительно меньше, чем в окружающем потоке.
Первые теоретические исследования движений жидкости с образованием поверхностей раздела принадлежат Гельмгольцу (Helmholtz). В частности, он исследовал форму струи, вытекающей из щели в плоской стенке, предполагая при этом, что сила тяжести отсутствует, причем для исследования применил метод конформного отображения. О расчете, выполненном Кирхгоффом (Kirchhoff) для потока с образованием мертвой зоны
При некоторых условиях поверхности раздела образуются также при обтекании округленных тел. Поэтому во многих случаях характер обтекания сглаженных ребер почти такой же, как и при обтекании острых ребер. Особого интереса заслуживает случай обтекания углубления в стенке. На острых краях углубления сначала образуются вихри и поверхности раздела. Но после того как вихри уплывают вместе с потоком, линии тока принимают вид, правда, при условии, что ширина углубления небольшая, так как иначе возникающий поток получается неустойчивым.
В углублении жидкость практически находится в покое, поэтому давление здесь во всех точках одинаковое и такое же, как в потоке, протекающем над углублением. В самом деле, если бы при переходе через поверхность раздела давление изменялось, то возникло бы соответствующее движение жидкости, но, как показывают наблюдения, этого не происходит. Если соединить такое углубление при помощи трубки с каким-нибудь прибором для измерения давления, то таким путем можно измерить давление в текущей жидкости.
Вместо углубления можно сделать в стенке просто отверстие, например, с круглым поперечным сечением. Края отверстия или углубления должны быть совершенно ровными, без всяких заусениц, так как наличие хотя бы одной заусеницы приводит к изгибанию поверхности раздела и, следовательно, к резкому изменению давления. Допустимо умеренное округление краев отверстия.
Рассмотренная идея может быть применена и для измерения статического давления внутри движущейся жидкости. Для этой цели в жидкость вводится очень тонкий диск, имеющий маленькое отверстие посредине и припаянный к концу тонкой трубки. Однако такой прибор, называемый шайбой Сера, очень чувствителен к отклонению плоскости диска от направления потока. Значительно лучше так называемый нифер. Этот прибор дает более или менее точные показания даже при отклонении оси трубки от направления потока на 5°. При больших углах отклонения показания получаются заниженными.
Если такое измерение статического давления произвести одновременно с измерением полного давления при помощи трубки Пито, то можно определить динамическое давление равное разности полного и статического давлений. Зная же динамическое давление и плотность р, можно вычислить скорость течения w. В технической системе единиц (м, кг, сек) плотность атмосферного воздуха равна довольно точно У8 кгсек2/м4, Для воды плотность равна р = 102 кгсек2/м4.
Однако для воды обычно предпочитают указывать не давление, а высоту, соответствующую давлению. Обозначая эту высоту через h (в метрах), Нифер для измерения статического давления, можно соединить с трубкой Пито в один цельный прибор, позволяющий сразу определять динамическое давление, а вместе с ним и скорость течения. одна из конструкций такого прибора, отличающаяся малой чувствительностью к отклонению своей оси от направления потока. При измерении скорости воздуха такой прибор присоединяется обычно к микроманометру

Реклама

Свойства жидкостей и газов