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介质阻力的产生与形式

发布时间:2015-01-13 13:33        作者:admin

它对矿粒运动的影响,将在后面予以讨论,现仅分析介质阻力。

      (一)介质阻力的产生与形式
    无论是实际流体流过物体,或者是物体在静止流体中运动,只要流体与团体之间存在
着相对运劾,则流体便对物体有作用力,此力在物体运动的相反方向的分力,就是介质
阻力。
    介质作用于物体表面的力由两部分所组
成:即切向力T·dA及法向压力P·dA,见图
2-3所示。介质对物体的总作用力是这两部
分的合力。合力是空间力系,它的方向与物
体的形状及运动状态有关。通常它的方向与
物体相对于介质的运动方向呈料交。因此, 
介质对运动物体的阻力,只是该合力在运动
方向上的一个分力。
    切向力是介质经物体表面绕流时,由于
介质的粘性使得介质自物体表面向外产生一
定的速度梯度,从而导致在各流层之间产生
了内摩擦力。故由切向力所引起的阻力,称摩擦阻力或粘性阻力。
    法向压力与介质在物体周围的
分布及流动状况有关。当介质绕过
物体流动时,由于附面层分离的结
果,在物体背后形成漩涡(图2-4b),
使该处液体内部压力下降。此时,
由于物体前后所承受的法向压力不

同,物体前面的压力高于后面的压
力,因而对物体运动产生阻力。在
不发生附面层分离的情况下,基于
物体周围介质流速的变化,使物体
表面各点所承受的法向压力不同,同样也将产生对物体运动的阻力。物体周围介质的分布
及流动状况在很大程度上取决于物体的形状。故因法向压力所引起的阻力称为压差阻力或
形状阻力。
           
物体在介质中运动时,这两种阻力同时发生。但在不同情况下,它们各自所占的比重
是不相同的。在某种情况下摩擦阻力可能居主导地位,而另一种情况下则压差阻力起主要
作用。例如,薄板在介质中运动时若取向不同,则所受介质阻力完全有别。如图2-5a所
示,当薄板子行于介质流动方向,这时它几乎只受摩擦阻力作用,而压差阻力极小;若薄
板垂直干介质流动方向,如图2-5b,此时薄板主要受压差阻力,而切应力所产生的阻力近似等于零。
    从图2-5还可看出,介质阻力的形式与流体的绕流流态有关。于是可用水力学中表征流体流态的雷诺数Re予以判断。流体绕流颗粒时的雷诺数Re可写成

众所周知,雷诺数Re是一个无量纲数,它反映了流体绕流物体时压差作用力与粘性作用力的比值。当雷诺数Re较大时,颗粒受到以压差阻力为主的作用力;雷诺数Re较小时,
则以粘性阻力为主。在相同的雷诺数Re下,流体介质的流态也是相同的。