171
поскольку все здесь уравновешено, и на каждый вихрь действует давление со всех сторон. Оно не ощущается, так же как не ощущается давление атмосферы на предметы, хотя на каждый квадратный сантиметр атмосфера давит с силой одного килограмма. Силовое взаимодействие эфира с вихрями осуществляется тогда, когда вихрь попадает в градиент давления и на разные стороны вихря оказывают воздействие разные давления. Эта разность давлений, связанная с наличием в среде градиента давления, и оказывает на вихрь как на целостную структуру свое воздействие, заставляя его смещаться или деформироваться. По своему характеру воздействия их можно разделить на:
лобовое воздействие газового потока на тело; боковые воздействия газового потока на тело; термодинамическое воздействие среды на тело.
5.8.2. Лобовое воздействие газового потока на тело
Тело, попавшее в поток газа, испытывает лобовое давление со стороны этого потока. Это динамическое давление возникает вследствие торможения потока на стороне тела, обращенной к потоку. На задней стороне тела может образоваться разрежение, а в некоторых случаях - и присоединенный вихрь, на границах которого давление будет снижаться, чем будет оказано дополнительное воздействие со стороны среды на вихрь (рис. 5.20).
Наоборот, при движении тела в неподвижной среде все указанные воздействия сохраняются в том же виде, но в этом случае принято говорить о лобовом сопротивлении, испытываемым телом.
Рис. 5.20. Лобовое воздействие, оказываемое на тело со стороны потока газа
Сила, воздействующая на тело, в том и в другом случае описывается выражением
172
Глава 5. Строение газовых вихрей.
F = cwpSv2, (5.95)
где р - плотность среды; S - площадь поперечного сечения тела; v -скорость набегающего потока; cw - безразмерный коэффициент, являющийся функцией безразмерного числа Рейнольдса:
vd
Re =--. (5.96)
X
Здесь d - так называемый «характерный размер» (для шара - его диаметр), у - кинематическая вязкость среды [18, с. 29-31, 40-42].
Как число Рейнольдса, так и безразмерный коэффициент лобового сопротивления могут меняться в широких пределах, последний - от нескольких сот (при малых числах Рейнольдса порядка десятых долей) до нескольких десятых (при больших числах Рейнольдса порядка сотен тысяч и миллионов), причем при увеличении числа Рейнольдса коэффициент лобового сопротивления снижается.
5.8.3. Боковые воздействия газового потока на тело
Струйное течение, омывающее тело с одной его стороны, оказывает на него два воздействия - продольное и поперечное (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Происхождение продольной силы, воздействующей на тело со стороны омывающего потока
Продольное струйное боковое воздействие является результатом торможения потока боковой стороной тела за счет вязкости среды, значение возникающей силы, лежащей в направлении потока, определяется уравнением Ньютона [33, с. 210]: