- •И устройство судна
- •Содержание
- •Глава 1 Мореходные и эксплуатационные качества судна
- •Глава 2 Основы гидромеханики
- •§2.1. Основные свойства жидкостей
- •§2.2. Гидростатика
- •§2.3. Гидродинамика
- •§2.4. Теория подобия в гидромеханике
- •§2.5. Основы теории крыла
- •Глава 3 Геометрия корпуса судна § 3.1. Теоретический чертеж
- •§ 3.2. Главные размерения судна и коэффициенты полноты
- •§ 3.3. Посадка судна
- •§ 3.4. Элементы погруженного объема судна при посадке его прямо и на ровный киль
- •Абсцисса цв:
- •3.4.5. Понятие о правилах приближенного интегрирования.
- •§ 3.5. Элементы погруженного объема судна при посадке его прямо, но с дифферентом
- •Глава 4 Плавучесть судна
- •§ 4.1. Условие плавучести судна
- •§ 4.2. Вычисление массы и координат центра тяжести судна
- •§ 4.3. Изменение осадки при переходе судна в воду с иной плотностью
- •§ 4.4. Изменение осадки судна при приеме или расходование грузов
- •§ 4.5. Запас плавучести судна
- •Глава 5 Начальная остойчивость судна
- •§ 5.1. Общее понятие об остойчивости
- •§ 5.2. Равнообъемные наклонения судна. Теорема Эйлера
- •§ 5.3. Метацентры и метацентрические радиусы
- •Как видно из рис. 36, при малом угле θ
- •Аппликатапоперечного метацентра:
- •Так как площадь ватерлинии вытянута в продольном направлении, то Jyf намного превышаетJx и соответственноRзначительно большеr. ВеличинаRсоставляет 12 длины судна.
- •§ 5.4. Условие начальной остойчивости судна. Метацентрические высоты
- •§ 5.5. Метацентрические формулы остойчивости и их практическое применение
- •§ 5.6. Остойчивость формы и остойчивость нагрузки
- •§ 5.7. Определение мер начальной остойчивости судна
- •§ 5.8. Влияние перемещения грузов на посадку и остойчивость судна
- •§ 5.9. Влияние приема малого груза на посадку и остойчивость судна
- •§ 5.10. Влияние жидкого груза на остойчивость судна
- •Как видно из формулы, именноix оказывает влияние на остойчивость.
- •§ 5.11. Опытное определение метацентрической высоты и положения центра тяжести судна
- •Глава 6 Остойчивость судна на больших углах наклонения
- •§ 6.1. Плечо статической остойчивости на больших углах крена
- •§ 6.2. Диаграмма статической остойчивости
- •6.2.1. Определение мер начальной остойчивости с помощью дсо.
- •§ 6.3. Динамическая остойчивость судна
- •§ 6.4. Влияние условий плавания на остойчивость судна
- •Глава 7 Практическое применение теории плавучести и остойчивости
- •§ 7.1. Определение массы груза, обеспечивающего заданный угол крена
- •§ 7.2. Расчеты по снятию судна с мели
- •7.2.2. Определение реакции грунта и точки ее приложения.
- •Глава 8 Нормирование и контроль остойчивости судов
- •§ 8.1. Нормирование остойчивости морских промысловых судов
- •§ 8.2. Информация об остойчивости судна
- •Глава 9 Непотопляемость судна
- •§ 9.1. Общее понятие о непотопляемости
- •§ 9.2. Принципы обеспечения непотопляемости
- •§ 9.3. Методы расчета непотопляемости
- •§ 9.4. Классификация затопленных отсеков
- •§ 9.5. Спрямление поврежденного судна
- •9.5.2. Задачи и методы спрямления поврежденного судна.
- •§ 9.6. Нормирование непотопляемости промысловых судов
- •Глава 10 Сопротивление воды движению судна
- •§ 10.1. Общие сведения
- •§ 10.2. Составляющие сопротивления движению судна
- •§ 10.3. Сопротивление трения
- •§ 10.4. Сопротивление формы
- •§ 10.5. Волновое сопротивление
- •§ 10.6. Сопротивление выступающих частей
- •§ 10.7. Воздушное сопротивление
- •§ 10.8. Влияние эксплуатационных факторов на ходкость судна
- •Глава 11 Судовые движители
- •§ 11.1. Общие сведения о судовых движителях
- •§ 11.2. Геометрические характеристики гребного винта
- •§ 11.3. Кинематические характеристики гребного винта
- •§ 11.4. Гидродинамические характеристики гребного винта
- •§ 11.5. Работа гребного винта на разных режимах
- •§ 11.6. Диаграммы для расчета гребных винтов
- •§ 11.7. Взаимодействие гребного винта и корпуса судна. Пропульсивный коэффициент
- •§ 11.8. Кавитация гребных винтов
- •§ 11.9. Взаимосвязь между работой гребного винта и двигателем
- •§ 11.10. Винты регулируемого шага
- •§ 11.11. Паспортная диаграмма судна оборудованного винтом фиксированного шага
- •Список литературы
§2.3. Гидродинамика
Гидродинамика изучает движение жидкости, которое может быть установившимся и не установившимся.
Движение называется установившимся, если в каждой точке неподвижного пространства, занятого движущейся жидкостью, ско-
рости не зависят от времени и, следовательно, остаются постоянными. В противном случае движение является неустановившимся.
Характер движения жидкости может быть ламинарным и турбулентным. Под ламинарным движением жидкости понимают такое движение, в котором отсутствует пульсация скоростей, приводящая к перемешиванию частиц. Если движение жидкости происходит с пульсацией скоростей, вызывающей перемешивание частиц потока, то такое движение называется турбулентным.
В гидродинамике используется понятие о линиях тока. Линии тока - линии, касающиеся вектора скорости потока. При установившемся движении жидкости линии тока и траектории движения частиц жидкости совпадают, при неустановившемся - не совпадают.
Поверхность, образуемую линиями тока, проходящими через замкнутый контур, называют трубкой тока; жидкость, заполнившая трубку тока, - элементарной струйкой.
Наглядное представление о линиях тока дает рассмотрение обтекания крыла самолета равномерным потоком воздуха. Из рис.3. видно, что снизу линии тока не очень сильно искажены, т.к. там увеличение скорости потока незначительно. Верхняя сторона крыла гораздо сильнее изменяет течение воздуха - там линии тока сжимаются и скорость заметно больше, чем в самом потоке.
Рис.3. Обтекания крыла равномерным Рис.4. К выводу уравнения
потоком воздуха. Бернулли.
Описать движение жидкости гораздо труднее, чем решить задачи гидростатики, поэтому в гидродинамике широко используют уравнения неразрывности и уравнения Бернулли.
Уравнение неразрывности выражает закон сохранения масс и используется в форме:
υ1S1 = υ2S2 = …= υnSn = Q = const.
Здесь υ-скорость жидкости, S - площадь сечения трубки тока, Q - объемный расход потока. Сформулировать этот закон можно так: через любое поперечное сечение трубки тока в единицу времени протекает одинаковое количество жидкости.
Одно из важнейших уравнений гидромеханики было получено Даниилом Бернулли (рис.4.). Ему впервые удалось описать движение несжимаемой идеальной жидкости (силы трения между элементами идеальной жидкости, а также между идеальной жидкостью и стенками сосуда отсутствуют). Уравнение Бернулли имеет вид:
р + ρυ2/2 + ρgh = const,
где р - давление жидкости, ρ - ее плотность, υ - скорость движения, g - ускорение свободного падения и h - высота, на которой находится элемент жидкости. Уравнение Бернулли выражает закон сохранения энергии и условие неразрывности течения идеальной жидкости.
В этом уравнении все слагаемые имеют размерность давления и соответственно называются:
р - статическое давление;
ρυ2/2 - динамическое давление;
ρgh - весовое давление.
Можно отметить, что при отсутствии скорости уравнение Бернулли превращается в гидростатическую формулу. Изменение скорости, согласно второму закону Ньютона, происходит под действием силы, которая действует на жидкость, - в данном случае это либо сила тяжести, либо разность давлений, действующих на объем текущей жидкости.
В уравнении Бернулли два слагаемых:
ρυ2/2 - кинетическая энергия единицы объема движущейся жидкости и ρgh - потенциальная энергия единицы объема жидкости,
точно такие, как в уравнении сохранения энергии для материальной точки. Специфика гидромеханики проявляется в присутствии давления р - перепад давлений в разных частях трубки тока заставляет жидкость двигаться с ускорением, и именно поэтому в формуле Бернулли помимо кинетической и потенциальной энергий единицы объема жидкости присутствует еще и давление.
Следовательно, если труба (или трубка тока) устроена так, что давление в ней остается постоянным, уравнение Бернулли для жидкости просто совпадает с законом сохранения энергии для материальной точки. Если же труба устроена так, что можно не учитывать изменение высоты h (в силу малой плотности вещества или малого изменения этой высоты), то в соответствии с уравнением неразрывности скорость в узких участках трубы растет, - значит, там должно падать давление. Это естественный результат, поскольку рост скорости (ускорения) может быть обеспечен только за счет перепада давления и в том месте, где скорость большая, давление должно быть мало.
Уравнение Бернулли просто объясняет множество явлений рассматриваемых в курсе “теория судна”. Например, крыло, которое обтекает равномерный поток воды даже при отсутствии угла атаки, имеет подъемную силу. На суда идущими параллельным курсом слишком близко один к другому, действует гидродинамическая сила, толкающая их друг к другу. Большие скорости потока жидкости, создающиеся при быстром вращении судового винта, приводят к появлению кавитации, способной разрушить его лопасти. Принцип работы судового лага, основан также на уравнении Бернулли, позволяющий измерить скорость движения жидкости.