112
Глава 4.
са происходит поворот частиц среды, то движение становится вихревым.
Устойчивое и непрерывное вихреобразование может происходить лишь при вовлечении в процесс некоторого минимального объема эфира и обеспечения некоторого минимального градиента скоростей при соударении струй.
При движении потоков газа относительно других потоков или покоящихся масс на границах потоков возникает пограничный слой, в котором возникает градиент скоростей [22]. В пограничном слое имеет место снижение температуры, так как
Т= Т» —л/Pr u2/2cp , (4.4)
где Pr — число Прандтля, равное
Pr = Tjcp/кт; (4.5)
где и — скорость границы пограничного слоя; cP — теплоемкость среды при постоянном давлении; h — динамическая вязкость; kT — коэффициент теплопроводности.
Наличие градиента скоростей эквивалентно в каждой точке среды наличию двух противоположно направленных потоков.
Уменьшение температуры приводит к уменьшению в пограничном слое коэффициента динамической вязкости [18, с. 285, 316—318; 22], так как
h Т ?
— = ( — ) ; 0,5 < z < 1, (4.6)
ho Т0
что в свою очередь повышает стабильность вихревого образования, поскольку энергия, передаваемая им соседним слоям внешней среды, уменьшается (рис. 4.2).
Строение газовых вихрей
113
Падение вязкости в пограничном слое вихря, с одной стороны, и отброс центробежной силой газа из центральной области вихря на периферию, с другой, способствуют тому, что газовый вихрь формируется как вращающаяся труба, в стенках которой размещается основная масса вихря.
Рис. 4.2. Зависимости скорости потока, температуры и кинематической вязкости от расстояния до стенки газового вихря
Экспериментальным подтверждением снижения температуры в пограничном слое является широко известный факт оледенения поверхностей крыльев летящего самолета.
На падение динамической вязкости в пограничном слое обращали внимание некоторые авторы. Это обстоятельство было также подтверждено экспериментально (см., например, [22]). Некоторые авторы считали, что уменьшение динамического коэффициента вязкости происходит из-за так называемого «разрыва скоростей» [19-20].
В пограничном слое вихря имеет место падение давления, что является следствием того, что центробежная сила, стремящаяся отбросить газ, находящийся в пограничном слое, в установившемся движении должна быть уравновешена силой, которая возникает из-за разности давлений внешней среды и слоев, находя¬
1
