LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKRĘTU

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 20

Pomiar oporu ciał o różnych kształtach wizualizacja opływu

Co to jest paradoks d’Alemberta.

Ciało sztywne znajdujące się w przepływie płynu nielepkiego nie napotyka w ruchu jednostajnym na
żaden opór ze strony płynu.

Co to jest warstwa przyścienna?

Jest to bardzo cienka warstwa w bezpośrednim sąsiedztwie ciała, w której prędkość płynu rośnie od zera
na powierzchni ciała, zmierzając do prędkości strumienia płynu nielepkiego.

Co to jest odrywanie przepływu?

Powstaje kiedy linie prądu przestają przylegać do powierzchni ciała, prędkość przepływu w sąsiedztwie
ciała zmienia kierunek na przeciwny, tworzy się wir, który odpływa dając miejsce następnemu.

Co to jest współczynnik oporu i od czego zależy?

Współczynnik oporu (inaczej liczba Newtona) to współczynnik Cp wyrażający stosunek siły F
wywieranej na ciało przez ciecz do sił bezwładności.

Co to jest liczba Reynoldsa?

Wyraża stosunek sił bezwładności do sił ciężkości.

Jaki jest podział ciał ze względu na opór i jak wygląda ich opływ?

a) Ciała tępe – zwane również ciałem urwistym albo ciałem o dużym oporze, charakteryzują się płaską
ścianą czołową zakończoną ostrymi krawędziami i wymiarami poprzecznymi znacznymi w stosunku do
długości. Typowym przykładem takiego ciała jest:



płaska płyta ustawiona prostopadle do przepływu;



graniastosłup o podstawie trójkąta równoramiennego ustawiony prostopadle do przepływu;

Po stronie czołowej płyty prędkość przepływu spada do zera w punkcie spiętrzenia leżącym na osi
symetrii przepływu, a wzdłuż czoła płyty rośnie aż do krawędzi, gdzie następuje przymusowe oderwanie.
Za płytą powstaje ślad turbulentny. Dominującą, niemal wyłączną częścią oporu ciała tępego jest opór
ciśnienia, ponieważ naprężenie styczne działają w kierunku prostopadłym do kierunku strumienia
swobodnego. Opór ciał tępych przy liczbach Reynoldsa większych od 1000, jest niemal stały i niezależny
od R

N

.

b) Ciała zaokrąglone – podobnie jak ciało tępe, charakteryzuje się wymiarem poprzeczny znaczny w
stosunku do długości, jednak pozbawione są ostrych krawędzi, jak np.:



walec kołowy;

Występuje tu również odrywanie przepływu, jednak przyczyna odrywania jest inna, Nie jest nią
nieciągłość powierzchni opływowej, ale zahamowanie warstwy przyściennej dodatnim gradientem
ciśnienia. Punkt odrywania nie jest przymusowy, ale pojawia się w tym miejscu gdzie warstwa
przyścienna posiada zbyt małą energię kinetyczną, aby przedostać się do obszaru wysokiego ciśnienia,
kumuluje się i następnie odrywa w pewnych odstępach czasu. Dla ciał zaokrąglonych położenie punktu
oderwania zależy od liczby Reynoldsa. W odróżnieniu od ciał urwistych występuje tu również opór
tarcia, jest on jednak mały w porównaniu z oporem ciśnienia, ponieważ większa część powierzchni ciała
graniczy z obszarem odrywania. W zakresie zmienności liczb Reynoldsa od 1000 do 100000

współczynniki oporu ciał tępych i zaokrąglonych są tego samego rzędu, co wynika z podobnej szerokości
śladu.

c) Ciała opływowe – ciała o małym oporze, są to ciała o wymiarach poprzeczne małych w stosunku do
długości, zaprojektowane w taki sposób, aby zmniejszyć do minimum obszar odrywania, a więc są
smukłe, pozbawione nieciągłości powierzchni i zakończone ostrzem lub ostrą krawędzią spływu.
Typowym przykładem ciała opływowego, zwanego również aerodynamicznym, jest:



płaska płyta ustawiona w pozycji zerowego kąta natarcia;



płaska płyta ustawiona w pozycji miedzy 45

o

do przepływu;



graniastosłup o podstawie trójkąta równoramiennego ustawiony w pozycji zerowego kąta natarcia;

Taki sposób ukształtowania ciała powoduje, ze warstwa przyścienna rozciąga się niemal na całą jego
powierzchnię, a punkt odrywania leży bardzo blisko krawędzi spływu. Opływ ciała aerodynamicznego
jest (poza wąskim śladem) zbliżony do opływu potencjalnego, bez wirowego, zachodzącego w płynie
nielepkim. Opór ciśnienia musi być wiec bardzo mały i rzeczywiści wynosi około 1/40 oporu ciśnienia
ciał tępych i zaokrąglonych. Głównym składnikiem oporu pozostaje więc opór tarcia i jakkolwiek jest on
zwiększony ze względu na dużą długość opływu, to i tak opór całkowity jest rząd mniejszy niż w
wypadku ciał tępych lub zaokrąglonych.