Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
7.4.3 Сопротивление воды движению системы цилиндров
Взаимодействие потока жидкости с телом, входящим в состав системы, отличается по эффекту явления от того, что наблюдается в потоке с тем же телом, взятым изолированно от всей остальной части системы. При обтекании потоком системы тел устанавливается взаимодействие не только между потоком и системой тел, но и взаимное влияние отдельных тел системы друг на друга.
Исследование характера обтекания потоком жидкости двух цилиндров, установленных друг за другом по потоку, выполнены Б.Я.Кузнецовым [76].
При проведении опытов менялись расстояния между центрами цилиндров (D = a/d).
Установлено, что суммарное сопротивление (или суммарный коэффициент лобового сопротивления) отличается от простой суммы сопротивления цилиндров, взятых изолированно один от другого. При этом суммарный коэффициент сопротивления зависит от величины относительного расстояния между цилиндрами.
Рисунок 7.9 Зависимость коэффициента сопротивления от величины расстояния между цилиндрами
На рисунке 7.9, заимствованном из работ проф. Павленко Г.Е., дано значение коэффициента лобового сопротивления круглых цилиндров, поставленных тандем по потоку при различных расстояниях между ними
где 
– коэффициент лобового сопротивления переднего цилиндра;
– коэффициент лобового сопротивления заднего цилиндра.
Кривая Схо эквидистантна кривой для заднего цилиндра. Схо изменяется из области больших отношений a/d до D = a/d = 40 почти по линейному закону; от D = 40 до 5 изменение более заметно; при D от 5 до 2,5 Схo остается постоянным. При дальнейшем уменьшении D Схo, начинает падать.
С увеличением относительного расстояния между цилиндрами меняется характер обтекания их потоком, иначе происходит и перераспределение давлений в следе за цилиндром. Опыты Кузнецова Б.Я. показали, что коэффициент сопротивления цилиндров сначала резко возрастает с увеличением относительного расстояния между цилиндрами в пределах a/d < 3,0; далее коэффициент сопротивления увеличивается более плавно, стремясь к величине удвоенного сопротивления одного изолированного цилиндра.
Результаты исследования сопротивления двух цилиндров с интервалами между ними представлены в работе проф. Павленко Г. Е. [74]. Обозначая через 2R суммарное сопротивление двух цилиндров, R – сопротивление изолированного цилиндра, а – расстояние между цилиндрами и d – диаметр цилиндра, приводим результаты исследований:
| a/d | 1 2 3 4 5 6 |
| 2R/R0 | 0,40 0,58 0,88 1,2 1,4 1,44 |
Отсюда следует, что суммарное сопротивление двух цилиндров становится больше суммы сопротивления изолированного цилиндра лишь при достижении расстояния между ними около 3,0d. При увеличении интервала до 5,0d отношение 2R/R = 1,44, приближаясь в дальнейшем к двум.
Аналогичное явление гидромеханического взаимодействия движущихся друг за другом тел наблюдается при движении буксируемых или толкаемых составов судов. В результате этого взаимодействия общее сопротивление воды движению состава отличается от суммы сил сопротивления отдельно взятых судов при одной и той же скорости движения.