- 68 -
^ 3,4*10 "23 ^-1. то есть скорости соударения струй эфира для обеспечения начального вихреобразования вовсе не должны бмть чрезмерными. Другое дело,что одного только условия появления перемещения струй друг относительно друга может оказаться недостаточном для обеспечения устойчивых структур.
Устойчивое и непрерывное вихреобразование может происходить лишь при вовлечении в процесс некоторого минимального объема эфира и обеспечения некоторого минимального градиента скоростей при соударениях струй.
При движении потоков газа относительно других потоков или покоящихся масс на границах потоков возникает пограничный слой, в котором возникает градиент скоростей [.7, с. 285] . В пограничном слое имеет место снижение температуры, так как
<у 2
где ^ - число Прандтля. равное
7* = & , /4.5/
/4.7/
^ - скорость границы пограничного слоя;
<г, - теплоемкость среды при постоянном давлении;
/к - динамический коэффициент вязкости;
й - коэффициент сопротивления.
Наличие градиента скоростей эквивалентно в каждой точке среды наличию двух противоположно направленных потоков.
Уменьшение температуры приводит к уменьшению в пограничном слое коэффициента динамической вязкости Ц7, с. 310; 8] /рис. 4.2/, так как
-d-=/jL); 0,5^"7^- I; /4.8/
^
что в свой очередь повышает стабильность вихревого образования, поскольку энергия, передаваемая им соседним слоям внешней среды, уменьшается-
На падение динамической вязкости в пограничном слое обращал внимание ряд авторов. Это обстоятельство было также подтверждено экспериментально /см.,напр., [8]/. Некоторые авторы относили уменьшение динамического коэффициента вязкости за счет, так называемого, "разрыва скоростей" [9^.10, II 3.
-69-
В пограничном слое имеет место падение давления, что вытекает из того факта, что центробежная сила, стремящаяся отбросить газ, находящийся в пограничном слое, должна в установившемся движении бчть уравновешена силой, возникающей вследствие разности давлений внешней средч и слоев, находящихся в области, располагающейся ближе к центру вращения.
Как показал Розенхед 12 j, поверхность пограничного слоя плоской струи стремится свернуться в ряд двойных спиралей /рис. 4.3/, образуя вихри, оси которых перпендикулярны направлению струй и градиенту скорости. Получившиеся вихри начнут самопроизвольно сжиматься, ументиая радиус и увеличивая окружную скорость. Экспериментальным подтверждением самопроизвольного сжимания вихрей является образование вихрей у входов в воздухозаборники самолетных двигателей: при диаметре воздухозаборника около одного метра образовавшийся вихрь имеет диаметр порядка 4-6 сантиметров.
Рассмотрим этот процесс.
Падение вязкости в пограничном слое вихря с одной стороны и отброс центробежной силой газа из центральной области вихря на периферию с другой стороны способствуют тому, что газовый вихрь формируется как вращающаяся труба, в стенках которой размещается основная масса вихря.
Работч, проведенные на специально созданном стенде, показали, что вихрь в самом деле представляет собой образование типа трубы с уплотненными стенами /рис. 4.4; 4.5/.
На элемент такой трубы действуют центробежная сила и разность внешнего и внутреннего давлений /рис. 4.4/, так что
/4.9/
= а
где
' - ускорение вдоль радиуса, приобретаемое массой ? - радиус;
- угол, занимаемый элементом массы Как видно из выражения, при некотором значении радиуса
/4.10/
имеем. , , ^
/4.11/
величина ускорения будет положительна и масса будет отброшена от вихря. Оставшаяся часть имеет 2*=^.