3.3. Течение жидкости и газа. Закон Бернулли. Скачок уплотнения

@Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении
изобретательских задач.
http://www.jlproj.org
3.3. Течение жидкости и газа. Закон Бернулли. Скачок
уплотнения
Упорядоченное движение жидкости без междуслойного перемешивания
называется ламинарным течением. При увеличении скорости потока возникающие
в жидкости колебания приводят к образованию хаотического турбулентного
движения. При ламинарном течении жидкости передача импульса от слоя к слою
происходит за счет молекулярного механизма (вязкость), поэтому скорость потока
жидкости в трубе плавно убывает от центра трубы к стенкам; при турбулентном
потоке скорость почти постоянна по сечению трубы, резко убывая на самой
границе жидкости со стенкой трубы. Для безвихревого течения справедлив закон
Бернулли, согласно которому полное давление в установившемся потоке жидкости
остается постоянным вдоль всего потока. Полное давление состоит из весового,
статического и динамического давлений. Из закона Бернулли следует, что при
уменьшении сечения потока из-за возрастания скорости, т.е. динамического
давления, статическое давление падает. Закон Бернулли справедлив также и для
ламинарных потоков газа. Явление понижения давления при увеличении скорости
потока лежит в основе работы различного рода расходомеров, водо- и
пароструйных насосов.
Отметим, что закон Бернулли справедлив в чистом виде только для
жидкостей, вязкость которых равна нулю; также жидкости не «прилипают» к
поверхности трубы. На самом деле экспериментально установлено, что скорость
жидкости на поверхности твердого тела всегда в точности равна нулю. Именно
поэтому на поверхностях, находящихся в потоке жидкости, всегда образуются
какие-то наросты, осаждения; этим же объясняется и тот факт, что на лопастях
бешено крутящегося вентилятора, всегда появляется слой пыли.
Что такое лобовое сопротивление при обтекании твердых тел потоком
жидкости или газа - общеизвестно. Однако, кроме лобового сопротивления, при
обтекании возникает так называемое волновое сопротивление, являющееся
результатом затрат энергии на образование акустических или ударных волн. В газе,
например, ударные волны возникают при образовании скачка уплотнения у
лобовой поверхности тела при обтекании его сверхзвуковым потоком газа. При
образовании скачка уплотнения резко увеличивается плотность, температура,
давление и скорость вещества потока; в результате могут иметь место процессы
диссоциации и ионизации молекул, сопровождающиеся мощным световым
излучением. Световое излучение может сильно разогреть как газ перед фронтом
волны, так и поверхность движущегося тела. Подробнее об ударных волнах и
скачке уплотнения можно прочесть в книге Зельдовича Я.Б., Райзера Ю.П. «Физика
ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений», М., 1963. или
в сборнике статей «Газовая динамика», 1950.