Большая Советская Энциклопедия (ГИ)

значительно упростить, выделив слой жидкости, непосредственно прилегающий к поверхности обтекаемого тела, в котором вязкостью пренебречь нельзя; этот слой называется пограничным слоем. За пределами пограничного слоя жидкость может рассматриваться как идеальная. Для характеристики движений жидкости, в которых основную роль играет сила тяжести (например, волны, образующиеся на поверхности воды при ветре, прохождении корабля и т.д.), в Г. вводится др. безразмерная величина v²/gl = Fr, называемая числом Фруда.

  Практические применения Г. чрезвычайно разнообразны. Г. пользуются при проектировании кораблей и самолётов, расчёте трубопроводов, насосов, гидротурбин и водосливных плотин, при исследовании морских течений и речных наносов, изучении фильтрации грунтовых вод и нефти в подземных месторождениях и т.п. Об истории Г. см. в ст. Гидроаэромеханика.

  Лит.: Прандтль Л.. Гидроаэромеханика, пер. с нем., М., 1949.

Гидродинамическая передача

Гидродинами'ческая переда'ча, механизм для бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя крутящего момента или частоты вращения вала машины-орудия; рабочий процесс Г. п. осуществляется за счёт работы лопастных насоса и турбины. Г. п. была предложена в начале 20 в. в виде соосно расположенных центробежного насоса и турбины, сближенных т. о., что их колёса образуют горообразную полость, заполненную рабочей жидкостью — маловязким маслом или водой. Побудителем движения жидкости является насос, колесо которого соединено с двигателем; энергия, полученная жидкостью от насоса, передаётся турбиной приводимой машине.

  Г. п. только с двумя колёсами — насосным и турбинным (рис.), имеет равные на обоих валах крутящие моменты и называют гидродинамической муфтой (гидромуфтой). В номинальном режиме частота вращения турбинного вала гидромуфты на 1,5—4% меньше частоты вращения вала насоса; кпд гидромуфты составляет 95—98%.

  Гидротрансформаторы имеют три лопаточных колеса (насосное, направляющего аппарата и турбинное) или более. Они бывают с одно- или многоступенчатой турбиной. В последнем случае удаётся расширить область изменения частоты вращения вторичного вала и получить большее увеличение крутящего момента на турбинном колесе по отношению к моменту на валу насоса в режиме страгивания, т. е. когда турбинный вал полностью остановлен (у трёхступенчатых турбин до 12:1). Г. п. допускают регулирование крутящего момента за счёт изменения заполнения их рабочей полости. Этот способ широко применяется для регулирования гидромуфт. Чтобы уменьшить падение кпд в гидротрансформаторах, регулирование ведут поворотом лопастей рабочих колёс. В некоторых конструкциях гидротрансформаторов предусматривается отключение направляющего аппарата, что обращает механизм в гидромуфту — это т. н. комплексная передача. Г. п. строятся с передаточным отношением от 0,6 до 6 и кпд 0,86—0,92. Раздельная Г. п., т. е. отдельно расположенные насос и турбина, соединённые трубами, позволяет произвольно размещать турбину относительно двигателя, дробить мощность двигателя между несколькими потребителями и, наоборот, суммировать мощность нескольких двигателей для привода одной машины. Несмотря на то, что кпд раздельных Г. п. составляет 65—70%, они находят всё большее применение в тех случаях, когда приводимая машина должна размещаться в месте, где невозможно или затруднено обслуживание: приводы буровых установок, насосы топливных систем летательных аппаратов, насосы химических установок и др.

  Наибольшее применение Г. п., как автоматически действующие бесступенчатые передачи, нашли в трансмиссиях автомобилей, на тепловозах, в судовых силовых установках, приводах питательных насосов и дымососов ТЭЦ. Мощность приводимых через гидромуфты насосов ТЭЦ доходит до 25000 квт.

  Лит.: Гавриленко Б. А., Минин В. А., Рождественский С. Н., Гидравлический привод, М., 1968.

  В. А. Минин.

Гидродинамические передачи: а — гидротрансформатор; б — гидромуфта; 1 — рабочее колесо насоса, установленное на ведущем валу; 2 — рабочее колесо гидротурбины, установленное на ведомом валу; 3 — неподвижный направляющий аппарат — реактор. Стрелками показано направление потока рабочей жидкости.

Гидродинамическое сопротивление

Гидродинами'ческое сопротивле'ние, сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т.д. При обтекании неподвижного. тела потоком жидкости (газа) или, наоборот, когда тело движется в неподвижной среде, Г. с. представляет собой проекцию главного вектора всех действующих на тело сил на направление движения. Г. с.

 

  где r — плотность среды, v — скорость, S — характерная для данного тела площадь. Безразмерный коэффициент Г. с. с_х зависит от формы тела, его положения относительно направления движения и чисел подобия (см. Подобия критерии). Силу, с которой жидкость действует на каждый элемент поверхности движущегося тела, можно разложить на нормальную и касательную составляющие, т. е. на силу давления и силу трения. Проекция результирующей всех сил давления на направление движения даёт Г. с. давления, а проекция результирующей всех сил трения на направление движения — Г. с. трения. Тела, у которых сопротивление от сил давления мало по сравнению с сопротивлением от сил трения, считаются хорошо обтекаемыми. Г. с. плохо обтекаемых тел определяется почти полностью сопротивлением давления. При движении тел вблизи поверхности воды образуются волны, в результате чего возникает волновое сопротивление.

  При протекании жидкости по трубам, каналам и т.д. в гидравлике различают два вида Г. с.: сопротивление по длине, прямо пропорциональное длине участка потока, и местные сопротивления, связанные с изменением структуры потока на коротком участке при обтекании различных препятствий (в виде клапанов, задвижек и др.), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении направления его течения. В гидравлических расчётах Г. с. оценивается величиной «потерянного» напора h_v, представляющего собой ту часть удельной энергии потока, которая необратимо расходуется на работу сил сопротивления.

  Значение h_v по длине трубы при напорном движении вычисляется по формуле Дарси

 

  где l — коэффициент сопротивления; l и d — длина и диаметр трубы; v — средняя скорость; g — ускорение свободного падения. Коэфф. l определяется характером течения. При ламинарном течении он зависит только от Рейнольдса числа Re (линейный закон сопротивления), а при турбулентном течении — ещё и от шероховатости стенок трубы. При очень больших Re (порядка 10 и более) l зависит только от шероховатости (квадратичный закон сопротивления). Местные Г. с. оцениваются общей формулой h_v = zv²/2g, где z, — коэффициент местного сопротивления, различный для разных препятствий; зависит от числа Re.

  Числовые значения коэффициента l и z распределяются по формулам, приводимым в справочниках. Определение величины h_v для открытых потоков производится также по специальным формулам. Г. с. в открытых потоках и при движении в напорных трубопроводах обусловлены одними и теми же физическим причинами.

  Правильное определение величины Г. с. имеет большое значение при проектировании и постройке самых разнообразных сооружений, установок и аппаратов (гидротехнические сооружения, турбинные установки, воздухо- и газоочистительные аппараты, газо-, нефте- и водопроводные магистрали, двигатели, компрессоры, насосы и т.д.).

  Лит.: Агроскин И. И., Дмитриев Г. Т. и Пикалов Ф. И., Гидравлика, 4 изд., М. — Л., 1964; Идельчик И. Е., Справочник по гидравлическим сопротивлениям, М. — Л., 1960; Альтшуль А. Д., Гидравлические потери на трение в трубопроводах, М. — Л., 1963.

  П. Г.