Гидродинамическое сопротив­ление

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ, сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т. д. (гидравлическое сопротивление). Характеризуется силой гидродинамического сопротивления, которая действует в направлении скорости потока в системе координат, связанной с телом или стенкой канала.

Первоначально значения силы гидродинамического сопротивления определялись при буксировке тел различной формы и моделей судов в каналах, реках или озёрах. Затем для повышения точности и стандартизации измерений силы гидродинамического сопротивления были созданы гидравлические бассейны. С помощью модельных экспериментов можно прогнозировать значение силы гидродинамического сопротивления в устройствах однотипной геометрии. В общем случае сила гидродинамического сопротивления Х выражается формулой:

X = C_x(pv²/2)S,

где р - плотность среды, v - скорость движения тела, S - площадь его поперечного сечения. Коэффициент гидродинамического сопротивления С_х меняется в широких пределах и зависит от формы тела, его положения относительно направления движения и критериев подобия (числа Рейнольдса и числа Маха). При ламинарном течении сила гидродинамического сопротивления пропорциональна ширине тела, скорости его движения, плотности и кинематической вязкости жидкости. При больших скоростях, когда обтекание тел носит турбулентный характер, сила гидродинамического сопротивления пропорциональна квадрату скорости движения тела и площади поперечного сечения, а также плотности и кинематической вязкости среды.

При перемещении тел вдоль поверхностей раздела жидкостей и газов образуются волны на поверхности жидкости (гравитационные или капиллярные), которые уносят энергию и создают дополнительное гидродинамическое сопротивление. При возникновении подъёмной силы, связанной с циркуляцией течения, движение тел приводит к формированию дополнительной индуктивной силы гидродинамического сопротивления. Совокупные силы гидродинамического сопротивления, действующие на тела в потоке, сложным образом зависят от их размеров и скорости, тонких деталей формы, ориентации в потоке и свойств среды, которые могут меняться в окрестности препятствия. Действие нестационарных сил гидродинамического сопротивления вызывает колебания тел, создающие большие внутренние напряжения, что может привести к разрушениям. Совершенствование технических устройств, работающих в потоках жидкости и газа, требует дальнейшего экспериментального и теоретического изучения сил гидродинамического сопротивления с учётом многообразия и нестационарности возникающих течений.

Лит.: Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. 7-е изд. М., 2003.