Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 82
Текст из файла (страница 82)
На рис. 282 изображен циклоп простой конструкции. С а асс ге сааба 1., ЧЭ1-Гсгасьспбеьей Эбзбб (1924), стр. 917 и ЧП1-2с1гасьгзд, т. бб (1924). Упомлнем еще о двух технических приложенияхх взаимодействия воздушных потоков с зернистыми веществами — о веялке и пескоструйном аппарате. В веялке смесь из тяжелых и легких зерен падает сверху и при этом обдувается косым восхадлщим потоком воздуха с такой скоростью, чтобы тяжелые зерна продолгкали падать, а легкие уносились вместе с воздухом.
В легко струйном аппарате поток воздуха, увлекающий за собой песок, пропускается через узкое сопло, в котором он приобретает большую скорость. Сопло подводится на определенное расстолние к предмету, поверхность которого должна быть обработана песком, Зерна песка, ударялсь с большой скоростью в обрабатываемую поверхность, постепенно сцарапывают ее и таким путем очищают ее от грлзи. Существующие теории таких аппаратов построены на рассмотрении движенил одного единственного зерна, на которое действует аэродинамическал сила сопротивления. Однако при этом совершенно не учитываетсл, что движение всей массы зерен определенным образом изменяет воздушный поток.
Поэтому такие теории, полезные с технической точки з не менее никакого представленил о действительной картине явления. Рнс. 282. Циклон ренин, не дают тем аэродинамической Рис. 283. Траектории песчинок в воздухе 'В в 6 п о14 К А.. Ргос. Коу. Бос. (А), т. 167 (1936), стр. 694 (опыты в ввродиивмичссиой трубе), и т. 167 (1938), стр.
282 (нвбеюлении пссченых бурь в пустыне). Ь) Действие свободного петра. Перенос песка естественным ветром, очень сходный с переносом снега, изучался Багиольдом' в специально для этой цели построенной аэродинамической трубе, а также в природных условиях — в пустыне. Если скорость ветра меньше определенной минпмальнпй скорости, то движение песка не возникает совсем. При скорости ветра, большей минимальной, но меньшей второй предельной скорости, песок вообще может оставаться в покое. Но если в неподвижную массу песка падает откуда-нибудь из другого места песчинка, то от ее удара подскакивает вверх несколько других песчинок; эти песчинки увлекаютсн ветром, оплть падают и приводят в движение еще некоторое число других песчинок.
Таким путем в движение приходит все большее и большее количество песчинок. Траектории песчинок имеют форму, нзобразкенную на рис. 283. При еще больших скоростях ветра, когда вертикальная составллющал турбулентной пульсации больше предельной скорости свободного падении эе песчинок, большое число песчинок поднимается вертикально вверх, образуя песчано-воздушный поток довольно значительной, но уменьшающейся кверху плотности (см.
по этому поводу о движении взвешенных наносов в реках, у5, и. Ь). Если ветер на своем пути встречает какие-нибудь преплтствия, то равновесие между увлекаемыми вверх и падающими вниз твердыми частицами нарушается. Там, гле скорость меньше, падает твердых частиц больше, чем поднимается; наоборот, там, где скорость больше, количество поднимающихся частиц превышает количество падающих. В результате в некоторых местах поверхности песка или снега происходлт отложения частиц, а в других образуются выемки.
Именно этим процессом, продолжающимся до тех пор, пока не устанавливаетсл равновесие, объяснлетсл форма поверхности снега вокруг стволов деревьев или вокруг столбов. Непосредственно перед стволом, с той его стороны, откуда дует ветер, возникает нисходящее движение воздуха. Оно приводит к тому, что с наветренной стороны ствола н с боков на поверхности снега образуется глубокая выемка.
Перед этой выемкой, а также немного позади ствола, где скорость ветра меньше, образуются наоборот, возвышенил. Аналогичным образом обълсняютсл выемки на поверхности снега перед устонми моста. О линиях тока таких течений в плоскости, совпадающей с поверхностью снега, дает представление рис.
115 на стр. 200. Ветер достаточной силы, набегающий на песчаную дюну, поднимает песок с наветренной стороны; на подветренной стороне, где скорость меньше (иногда, в случае отрыва воздушного потока от верхушки дюны, здесь возникает мертвая зона), песок падает вниз. В результате с течением времени дюны постепенно перемещаются в направлении ветра (члочующие» дюны). Иногда при равномерном астре средней сплы поверхность наветренной стороны дюн принимает очень правильный волннстыГ~ внл.
Механизм это- го явления до сих пор не выяснен. Возмо>кио, что длина «волн» связана со средней длиной пути подсквииввющнх песчинок (см. Рис. 283). С практической точки зренил интересны мероприятия, позволлющие предотвратить занос снегом участков железных дорог пли шоссе, про ходлщих в ложбинах или искусственных выемках. Из сказанного выше следует, что в таких местах вследствие панижспил скорости ветра снег, увлекаемый ветром, должен оседать, что в действительности и наблюдается.
Для того чтобы этого не происходило, на определенном расстоянии перед выемкой или ложбиной устанавливаются с наветренной стороны заборы из досчатых щитов. С подветренной стороны этих заборов создается спокойнал зона с равномерным слабым ветром, в которой полностью отлагается весь увлекаемый ветром снег. Сплошной забор не устраиваетсл потому, что он вызывает появление мощных вихрей, которые поднимают снег на большую высоту и таким путем позволлют ему перелетать через спокойную зону на подветренной стороне забора. Воздух, смешанный со снегом или песком, энвчнтвльно тяжелее, чвм чистый воздух.
Поэтому потоки иэ таких смесей, ниспадающие вдоль наклонной плоскости 1нэпример, снежные лавины в горах), имеют очень большие скорости движения и могут вызывать значительные разрушения. Подробнее об этом будет сказано ниже, нв стр. 486. 86. Твердые тела в текущей воде. а) Дви»гение донных наносов е реках. Удельный вес наносов, т.е. камней, гальки, песчинок и т.п., увлекаемых рекой, самое большее в три раза больше удельного веса воды, поэтому длина свободного пути, который могут описывать отдельные твердые частицы в воде, в общем случае очень мала.
Это значительно облегчает теоретическое исследование таких двцжспий по сравнению с движением песка или снега в воздухе. Ввиду большой важности, которую имеет движение наносов в гидрологии и в гидротехнике, остановимся подробнее на деталях этого явления'. Некоторые из результатов, которые мы приведем, между прочим, могут быть приложены к сходным случалм движения твердых частиц в движущемся воздухе. Сила, с которой турбулентный поток воды действует на куски наносов, лежащих на дне реки, может быть оценена следующим образом.
Миогочкслеииые исследовеиил о движении донных к вэвешеииых ивиосов, в тек>ко о елилики этого движеиил ив русло рек выполкеиы в СССР М. А. Велиилковым и другим; см., и«пример: В е л и к л и о в М. А.. Дииемикл русловых потоков. Ленинград 1946; В е л и к е и о в М. А., Движеиие и в косов. Москве 1940. Пусть какая-нибудь твердая частица выступает над средним уровнем дна реки на высоту уг. Средняя скорость иы с которой на эту частицу набегает вода, согласно формуле (33) гл. 111 равна и> = и,(5,75 1д — + Сг), й где Й есть величина, определяющая шероховатость речного дпа.
Ее можно принять пропорциональной среднему диаметру И более крупных частиц наносов (при той минимальной предельной скорости, которая необходима для приведения в движение крупных частиц, более мелкие частицы могут оставаться неподвижными только в том случае, если опн находятся во входящих углах между крупными частицами). Длл геометрически подобных частиц высота уг также может быть принята пропорциональной Ы. Следовательно, если предположить, что все твердые частицы геометрически подобны между собой и что в потоке около дна шероховатость проявляет себя в полной мере, т.
е. величина Сг имеет вполне определенное постоянное значение, то выражение в скобках в правой части равенства (7) будет иметь постоянное значение. Средпял сила., с которой поток действует на частицу рассматриваемой формы, очевидно, равна К сг 2 Эта сила определенным образом связана с величиной т„„турбулентного касательного напряжения на дне реки. В самом деле, согласно определению, мы имеем: г ри„= т „, и так как иг = число и., то г р — = число ° т „. 1 Будет ли рассматриваемая частица оставатьсл в потоке неподвилгной, нли же она начнет увлекаться потоком, зависит от того, возникнет илн не возникнет вследствие особенно сильной турбулентной пульсации сила К>> большал силы К .
Силу К> можно принять пропорциональной К, а плошадь поперечного се шипя Г частицы — пропорциональной >1г. Сопротивление Кз, которое должно преодолеваться при влечении частицы по шероховатой поверхности дна, пропорционально весу частицы под водой (т.е. ее истинному весу, уменьшенному на величину статической подъемной силы). Если 7 есть удельный вес воды и 7дг— удельный вес наносов, то истинный вес частицы наносов будет 7дг~ж, а статическая подъемная сила будст 7Ъу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
