Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 60
Текст из файла (страница 60)
У скатов н угрей роль хвоста играет все тело, которым при движении они извиваютсл подобно змее, Своеобразный способ создания тяги наблюдаетсл у каракатиц. Они втлгнвают воду внутрь своего тела, имеющего форму мешка, а затем, сильно стягивая тело, выталкивают воду назад. Таким путем, используя реакцьио вытекающей струи, опи движутся с довольно большой скоростью. Аналогичным образом движутсл медузы, только вместо струи они выбрасывагот вихревое кольцо. Заметим, кстати, что реактивный принцип движенил был применен на корабллх: вода при помощи насоса засасывалась спереди и затем выталкивалась сзади.
При большом расходе воды и малой скорости выталкивании коэффициент полезного действии получалсл весьма хорошим (~ 19). Однако такой же результат значительно проще достигается при помощи гребного винта'. Упомянем в связи с этим о пропеллере Корта, представляющем собой винтовое колесо, помещенное в самом узком поперечном сечении расширлющегося сопла. Тяга, создаваемал таким винтом, равна тлгс обычного винта с диаметром, равным диаметру выходного сечения сопла. Преимущество же пропеллера Корта заключастсл в том, что для привсдсннл его во вращение применимы более быстрохадныс двигатели и, кроме того, его можно устанавливать на более выгодном шаге. Эти обстолтельства делают удобным его применение на буксирных пароходах, особенно при плавании в каналах, где обычныс гребныс винты, создавал сильно заеихренну|п струю, разминают дно.
Рпс. 185. Движение ресниц инфузорий В заключение упомянем о создании тяги путем дан>лепил ресниц у микроскопических живых существ, например у инфузорий. Числа Рейнольдса при движении инфузорий ничтожно малы по сравнению с единицей, следовательно, влияние инерции здесь совершенно исключаетсл, и поэтому попытка обълснения движения инфузорий на основе механизма движения птиц и рыб недопустима. Правильное объяснение возможно только с точки зрения явлений, происходлщих при медленных движенилх в очень влзкой жидкости. Как показывает микроскопическая киносъемка', инфузории при движении сгибают свои ресницы, приближал их к поверхности тела, вьшослт их в таком положении вперед, затем распрямлл>от их и оттнгивают в выпрямленном состоянии назад (рис. 185, а). Это приводит к тому, что прн движении ресниц назад перемещается больше жидкости, чем при движении ресниц вперед.
Несколько инал форма движения ресниц показана на рис. 185, Ь. 821. Турбины, насосы и воздуходувки. Водяные турбины преобразуют мощность воды, падающей с некоторой высоты Н, в мощность на вращающемсл вале турбины. Насосы, наоборот, преобразу>от мощность, имеющуюся на веле, в работу, необходимую длл перемещенин воды.
Воздуходувки выполняют аналогичную задачу длл воздуха. Воздуходувки, при работе которых создаетсл небольшал разность давлений, называютсл также еентиляторолш. Если объемное количество лгидкостн, поступающее в турбину в одну секунду, равно >,!, а удельный вес жидкости равен >, то располагаемой мощностью будет Ве = уЯН.
Кроме турбин длн использовапил мощности падающей воды применяются еодякаге колеса. Хара!гтерпым признаком водлных колес лв- > С г ау .! ., С>>>агу тогегпепг. Сапыгшхе, 1928. лнетсл следующее: вода, попадающал в пространство между лопатками колеса, практически приходит здесь в состолнне покоя. В турбинах >ке вода в пространстве между лопатками рабочего колеса движетсл относительно лопаток.
В водяных колесах используетсл главным образом весовое действие падающей воды, а также ударное действие воды, вступающей в пространство между лопаткамн. На дальнейших подробпостлх мы не будем останавливатьсл, так как в настолщее времл водлные колеса следует рассматривать как совершенно устаревшие машины, к тому же не представллющие особого интереса с точки зрения гидродинамики. Работа турбин основана на совершенно ином принципе — они преобразуют в полезну>о мощность кинетическую энергию движущейсл воды.
При помощи специального направллющего приспособления вода, двн>кущалсл с большой скоростью, вводитсл без удара в пространство между лопатками рабочего колеса: эти лопатки отклоплют поток воды от своего первоначального направленнн так, что он покидает рабочее колесо с возможно меньшей абсолютной скоростью. При такого рода дни>кении воды вредные потери энергии получаютсн небольшими, следовательно, почти всн разность между кинетической энергией воды, поступающей в рабочее колесо, и кинетической энергией воды, выходнщей из рабочего колеса, преобразуетсл в мощность на рабочем вале турбины.
Преобразование мощности падающей », воды в мощность на вале турбины возмож- сл с, но двумл способами. При первом способе всн мощность напора воды еще до входа //I в рабочее колесо преобразуетсл целиком в кинетическую энергию струи, направллемой при помощи специального приспособленил в рабочее колесо. Такие турбины Рис. 186. План скоростей называются турбцнажи равного давленил. турбины равного давления Обозначим абсолютную скорость воды, поступающей э рабочее колесо,. через с>, а окружную скорость вращеннл рабочего колеса — через и>, тогда скорость воды относительно колеса е будет равна геометрической разности скоростей с, и ц> (рис.
186). Входные кромки лопаток имеют направление. прибли>конно совпадающее с направлением скорости и>. Войди в пространство между двумл лопаткамк, поток воды отклонлстсл от своего первоначального направленил и выходит с другой стороны лопатки в направлении ц>з. Относительиал скорость из по своей величине может быть принлта равной скорости к>>, так как потерл энергии на трение о поверхность лопатки весьма мала. Абсолютнан скорость сг потока при выходе из лопатки получаетсл построением треугольника скоростей по известным юг и из, при наиболее выгодном режиме работы турбины она очень мала и направлена почти перпендикуллрно к системе лопаток.
При втором способе использоваи, нил мощности напора только незна- чительнал ее часть преобразуетсл с, ю, в кинетическую энергию до входа в рабочее колесо турбины, следовательно, вода поступает в рабочее колесо, имел значительное избыточное и> давление. Поэтому такие турбины называютсл турбинами иэбыточноРнс. 187. План скоростей турбины го давления. Относительная скорость избыточного давления воды ю> при ее движении в су>кива>о- щемсн пространстве между лопатками значительно увеличиваетсн, на что и расходуетсл оставшалсл часть мощности напора. На наиболее выгодном режиме работы турбины абсолютнал скорость сз воды при выходе из рабочего колеса также очень мала и направлена почти перпендикуллрпо к системе лопаток (рис.
187). В турбинах избыточного давленил пространство между лопатками по необходимости заполнлетсл водой целиком. В турбинах же равного давленин лопаткам рабочего колеса придают такую форму, чтобы поток воды, протекающей между ними, имел свободную, граничащую с воздухом, поверхность. Следовательно, лопатки соприкасаются с водой только с одной стороны, что приводит к значительному уменьшению тренин по сравнению со случаем двустороннего соприкосновенил. Если не учитывать тренил и центробежного действил в рабочем колесе, то для свлзн между напором Н и скоростлмн с и ю получается о со тношение.
Н = — 1с, + юз — ю,). (134) сэ Величина — ' представллет собой часть напора Н, используемую в на- гб прапллющем приспособлении а величина — (ю — ю ) — часть напо- 1 2 2 2б 2 1 ра Н, используемую в рабочем колесе (длн юг — — >с>, т.е. длл турбины равного давления последнял часть равна пулю). Теория турбин, основаннан на предположении, что все частицы воды получают в рабочем колесе одинаковые отк.юнения, исходит от Эйлера.
Им же дап вывод так называемого л>урбинлого ураалелил, валяющегося следствием теоремы о моменте количества движснил (см. ~ 13 предыдущей главы). Обозначим составллющле абсошотных скоростей, перпендикулярные к радиусу вращении, при входе в рабочее колесо и при выходе из него через с„, и с„„, как это принлто в теории турбин (вместо ш>сояД и шз соя>>ш как это было сделано в 313 предыдущей главы). Тогда вращающий момент на вале турбины будет >> = рь)(т>сщ — тзс„,). (135) Полезнал мощность равна Ь =.Оь>, нли, так как т>ь> = и> и тзь> = иг, Ь = рц(и>с„> — изс„,).
С другой стороны, полезная мощность равна » = 7/ХО = >77ЧН, (136) (137) где и есть гидравлический коэффициент полез>юго действил. Приравнивал правые части равенств (136) и (137) и имел в виду, что 7 = рд, мы получим: т> = н>сэ> н>си> (138) аН Если вода выходит из пространства между лопатками точно в направлении радиуса вращения, то составллющал с„> равна пулю, следовательно, в этом случае и>с„, = »дН. 1!з этого уравнелил и из построений, сделанных на рис. 186 и 187, следует, что при равных напорах окру>кнал скорость турбины избыточного давленил значительно больше, чем у турбины равного давления.
По этой причине при небольших и средних напорах устанавливаютсл всегда турбины избыточного давлении, а при больших напорах — турбины равного давленил. С точки зренин современной гидродинамнкл предполо>кение об одинаковом отклонении всех частиц воды в рабочем колесе турбины лвллетсл неправильным. В наставшее времл пространство между лопаткамн рабочего колеса турбины избыточного давления нс рассматривают больше как канал. в котором течет жидкость; вместо этого Рнс. 188. Течение около лопаток Рис.
189. Колесо Пельтона наждак лопатка принимается за крыло, обтекаемое потоком жидкости, причем считаетсл, что крыло и поток влилют друг на друга'. Правильное представление о работе современных быстроходных турбин, в которых расстолние между отдельными лопатками весьма большое, можно получить только на основе гидродинамической теории. Однако даже и в тех случаях, когда движение воды между лопатками можно рассматривать как дни>кение в каналах, средние иаправленил движения частиц воды при входе в рабочее колесо и выходе из него отшодь не совпадают с направленилми касательных к контуру лопаток при входе и выходе, как зто прннимаетсл в старой теории. Только те частицы воды, которые движутсл непосредственно около поверхности лопаток, получают отклонение., равное углу между направленилми указанных касательных.
Остальные же частицы отклонлютсл на меньшие углы. Точные закономерности движенил воды между лопатками исследованы в настолщее времл длл случал плоского теченилт. На рис. 188 изображена картина плоского течения около системы лопаток. Из втой картины ясно видно. что линии тока в промежутках между лопаткамп откло- >См. В в и егя Гв)4, ВеиясЬг.
гь Уе>. Вепжсь. 1пб., т. 66 (1922), стр. 461 н 514, нли Ргали ! 1, там >ке, т. 65 (1921), стр. 959: далее %е>п>8 Г .. )>!е 8!го>пппб пп> Ше Ясьапнчп топ Ти>Ьоп>аасшпеп, Ье!ря!8 1985: см. твн>ие пример е) в 515 гл. П настолгдей кинга. ЯСм. В и я ел> а и и. ЕАММ, т. 18 (1928), с> р. 872 (в этой статье имеется подробнал библиографии)> далее Веса А и. !.
Р!688е — 1огя. !пб.-АгсЬ.. т, 9 (1988), стр. 499. Маг эвл'чван' ф1 , *:".ч,,.р,алки" ~'~ф, г'"'-'Ф': ц . ~Ф' '.ИФ. . ф/ Рис. 190. Схема установки колеса Пельтона; слева — Лвэ сопла Рис. 191. Колесо Фрэн- сиса нлются на углы, меньшие угла между направлеиилми входа н выхода потока непосредственно около лопаток. Какой вид в действительности имеют рабочие колеса современных турбин, показывают рис. 189, 191 и 192. На рис. 189 изображена современная конструкция так называемого колеса Пельтона, применяемого в качестве рабочего колеса в турбинах равного давлеппл. Одна илп несколько струй воды с круглым поперечным сечением направллются на острые выступы в середине лопаток, хорошо замстные на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
