ВИХРЕВОЕ ДВИЖЕНИЕ
движение жидкости
или газа, при к-ром их малые элементы (частицы) перемещаются не только
поступательно, но и вращаются около нск-рой мгновенной оси.
Подавляющее большинство течений жидкости
и газа, к-рые происходят в природе или осуществляются в технике, представляет
собой В. д. Напр., движение воды в трубе всегда является В. д. как в случае
ламинарного
течения, так и в случае турбулентного течения. Вращение элементарных
объёмов обусловлено здесь тем, что на поверхности стенки из-за прилипания
жидкости скорость её равна нулю, а при удалении от стенок быстро возрастает,
так что скорости соседних слоев значительно отличаются друг от друга. В
результате тормозящего действия нижнего слоя и ускоряющего действия верхнего
(рис. 1) возникает вращение частиц, т. е. .имеет место В. д. Примерами
В. д. являются: вихри воздуха в атмосфере, к-рые часто принимают огромные
размеры и образуют смерчи и циклоны; водяные вихри, к-рые
образуются сзади устоев моста; воронки в воде секи и т. л.
Рис. 1. Распределение скорости v по
сечению трубы; элементарные объёмы вращаются, как показано стрелками.
Количественно В. д. можно охарактеризовать
вектором со угловой скорости вращения частиц, к-рый зависит от координат
точки в потоке и от времени. Вектор со наз. вихрем среды в данной точке;
если со = 0 в нек-рой области течения, то в этой области течение безвихревое.
Вращающиеся частицы среды могут образовывать вихревые трубки (рис. 2) или
отдельные слои. Вихревая трубка не может иметь внутри жидкости ни начала,
ни конца; она или может быть замкнутой (вихревое кольцо), или должна иметь
начало и конец на границах жидкости (напр., на поверхности обтекаемого
тела; на поверхности сосуда, внутри к-рого заключена жидкость; на поверхности
земли - в случае смерчей, на поверхности воды или на дне реки - в случае
вихрей в текущей воде и т. п.).
Рис. 2. Вихревые трубки.
Рис. 3. Скорости, сообщаемые друг другу
двумя плоскими вихрями.
Присутствие в жидкости вихрей вызывает
появление в ней добавочных скоростей. При наличии в жидкости системы вихрей
они влияют на движение друг друга. Так, напр., 2 вихря (рис. 3) равной
по величине и противоположной по знаку интенсивности Г сообщают
друг другу равные по величине и одинаково направленные скорости v, т.
е. движутся поступательно; 2 вихря, имеющие одинаковые по абс. величине
и знаку интенсивности, вращаются вокруг оси, проходящей через середину
расстояний между ними.
Рис. 4. Взаимодействие вихревых колец.
Если 2 вихревых кольца имеют общую ось
(рис. 4) и одинаковое направление вращения, то переднее кольцо вследствие
скоростей, сообщаемых задним, увеличивается в диаметре и замедляется; заднее
при этом уменьшается в диаметре, проходит сквозь переднее, т. е. они меняются
местами, и весь процесс начинается сначала ("игра" вихревых колец). Во
всякой вязкой жидкости действуют силы трения, в результате к-рых вихри
меняют свою интенсивность - постепенно затухают. Т. к. вода и особенно
воздух имеют малую вязкость, то в них вихри могут сохраняться довольно
долгое время; налр., смерчи иногда перемещаются на большие расстояния.
В среде, лишённой вязкости (идеальная жидкость), вихри не могли бы ни появляться
вновь, ни затухать. В средах с малой вязкостью (вода, воздух) В. д. возникает
в тех частях течения, где сила вязкости всего сильнее проявляется,- в слое
вблизи поверхности обтекаемого тела, в т. н. пограничном слое, заполненном
сильно завихрённой средой. Вихри пограничного слоя сбегают с поверхности
обтекаемого тела и создают за этим телом след в форме тех или иных образований
(вихревых слоев или вихревых дорожек). Вихри, возникающие при движении
тела в среде, определяют значит, часть подъёмной силы и силы лобового
сопротивления, действующих на него. Поэтому изучение В. д. имеет большое
значение для расчёта и конструирования крыльев самолётов, воздушных винтов,
лопаток турбин и т. д.
Лит.: Прандтль Л., Гидроаэромеханика,
пер. с нем., 2 изд., М., 1951; Фабрикант Н. Я., Аэродинамика, М., 1964,
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я