Вопросы механики обтекания автомобилей

В механике обтекания автомобилей можно выделить две большие группы, а именно:

• обтекание автомобиля в целом и его отдельных элементов;
• прохождение потоков в карбюраторе, двигателе, глушителях, радиаторе, салоне и т.д.

Внешнее обтекание автомобиля

При обтекании автомобиля (рисунок 1) речь идет о потоке относительно тела, которое обдувается воздухом со скоростью и располагается в непосредственной близости от экранирующей плоскости (в данном случае это полотно дороги), которая перемешается под телом со скоростью движения автомобиля.

До тех пор, пока обтекание тела происходит без отрыва потока, вязкость обтекающей среды оказывает существенное влияние лишь в тонком слое δ толщиной несколько миллиметров в непосредственной близости от обтекаемых поверхностей; этот слой называется пограничным. Вне пограничного слоя поток ведет себя как поток жидкости, не обладающий внутренним трением. Давление этого потока, в котором не проявляется внутреннее трение, влияет на прилегающий к поверхности пограничный слой. В пограничном слое скорость уменьшается от значения скорости во внешнем потоке до нуля на поверхности. Жидкость как бы прилипает к поверхности. Если рассматривать полотно дороги, то речь идет о движущейся с автомобилем плоской стенке. Перед автомобилем не существует относительной скорости между потоком и полотном дороги, а значит, отсутствует пограничный с дорогой слой.

Число Рейнольдса

Названная структура поля обтекания имеет место только тогда, когда безразмерный коэффициент

ReL = V∞L / ν > 104					(1)

Этот коэффициент называется числом Рейнольдса. Его значение зависит от скорости движения V_∞, коэффициента кинематической вязкости ν и характерного линейного размера тела (например, длины автомобиля, см. рисунок 1).

Режим течения обладающего вязкостью потока относительно тела зависит от безразмерного числа Рейнольдса.

Потоки вокруг геометрически подобных тел, для которых имеет место равенство чисел Рейнольдса, независимо от геометрических размеров тела и физических параметров обтекающей среды являются механически подобными.

Это утверждение является основой техники моделирования. Результаты экспериментов с уменьшенными или увеличенными моделями можно применять для оригинала, если потоки механически подобны, т.е. имеют одинаковые числа Рейнольдса.

При различных числах Рейнольдса могут иметь место совершенно различные состояния потока. Поэтому число Рейнольдса характеризует режим течения жидкости. Если исследуется поток вокруг отдельного элемента автомобиля, например, вокруг зеркала заднего вида, то при определении режима обтекания следует брать характерный линейный размер этого отдельного элемента и при необходимости уточненное значение скорости обтекания в месте установки этого элемента, которая в общем случае может отличаться от скорости движения автомобиля. Подсчитанное для этого случая число Рейнольдса характеризует состояние потока, обтекающего рассматриваемый элемент.

Прохождение потока в канале

Особенности течения определяются тем, что поток со всех сторон ограничен неподвижными стенками. Типичным примером является течение жидкости в трубе. Эпюра скоростей потока для этого примера приведена на рисунке 2. В этом простейшем случае линии тока параллельны оси трубы.

При рассмотрении задачи движения жидкости в канале в общем случае нельзя выделить отдельно пограничный, примыкающие к стенкам слой и поток, свободный от сил трения. Влияние вязкости жидкости распространяется на все поперечное сечение трубы. Пограничные слои всех стенок смыкаются друг с другом. В этом случае число Рейнольдса

ReD = VmD / ν

определяется значением средней скорости потока в трубе V_m и диаметром трубы D и оказывает большое влияние на режим течения жидкости в канале. В зависимости от значения этого коэффициента имеют место различные состояния потока.

О законах и особенностях внешнего обтекания автомобилей читайте также

1. Свойства несжимаемых жидкостей
2. Основные уравнения потока
3. Аэродинамическое сопротивление тел

Есть вопросы? ЗАДАВАЙ!