Движение тел в жидкостях и газообразных средах

Движение жидкостей и газов, как и все другие виды движения, рассматриваемые в механике, можно полностью охарактеризовать, оперируя единицами измерения длины, времени и силы. Так, диаметр парашюта можно измерять в метрах, время снижения, скажем, на 100 метров – в секундах, а вес груза – в ньютонах. Точно так же входное сечение насоса можно измерять в квадратных метрах, объемный расход среды – в кубических метрах в секунду, а мощность – в ньютон-метрах (джоулях) в секунду. Существует много способов измерения таких характеристик течения с использованием различных – механических и электрических – эквивалентов линейки, часов и пружинных весов. Например, скорость жидкостей и газов можно оценивать по числу оборотов в единицу времени проградуированной крыльчатки (гидрометрическая вертушка и анемометр) или по изменению электросопротивления нагреваемой проходящим током проволоки (проволочный термоанемометр); давление можно определять по вызываемому им отклонению изогнутой трубки или мембраны (манометр Бурдона и барометр-анероид) либо по току, генерируемому пьезокристаллом. При движении тела в жидкости (или при обтекании неподвижного тела движущейся жидкостью) непосредственно возникают сопротивления, для преодоления которых и обеспечения равномерного движения тела должна быть затра¬чена определенная энергия. Возникающее сопротивление зависит главным образом от режима движения и формы обтекаемого тела. При ламинарном движении, наблюдающемся при небольших скоростях и малых размерах тел или при высокой вязкости среды, тело окружено пограничным слоем жидкости и плавно обтекается потоком (рис. II-20, а). Потеря энергии в таких условиях связана в основном лишь с преодоле¬нием сопротивления трения. Рассмотрим движение тела в жидкости непосредственно на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде под действием силы тяжести. Цель настоящей работы заключается в изучении особенностей движения тел в жидкостях и газах и рассмотрении возможностей компьютерного моделирования указанных процессов. Для достижения цели были сформулированы следующие задачи: обзор теоретического материала по теме работы; определение возможностей использования компьютерных средств для моделирования рассматриваемых явлений; изучение перспектив разработки данного направления научных исследований.