Сделай Сам (Огонек) 1997-05, страница 17

Очевидно, что для водяного колеса, как и для гребного колеса парохода, наиболее эффективными будут плоские лопасти (палицы), у которых С_х имеет максимальное значение — 1,32. Однакоока-зывается, что здесь все не так и «очевидно». И чтобы выяснить действительное положение дел, попытаемся разобраться, как взаимодействует поток с лопастями колеса и как совершается работа.

Условием получения наибольшей силы реакции какого-либо тела (когда тело неподвижно) на воздействие струи потока является изменение направления движения струи на противоположное. Так вот, с этих позиций оптимальной формой лопасти колеса будет лопатка в виде желобка с рассекающим ребром [рис. 6,в), при падении на которую струи жидкости сила реакции в два раза больше, чем при воздействии той же струи на плоскую площадку {рис. 6,6). Правда, это все относится к неподвижным лопастям. А если лопасть колеса движется, то струя, поступающая на него со скоростью V,, отклоняется от первоначального направления и стекает с лопасти уже со скоростью V₂<V, (лопасть движется в

Рис. 6.

Взаимодействие потока жидкости с твердыми телами: а — коэффициенты лобового

сопротивления тел разной формы;

б — падение струи жидкости иа плоскую площадку; в — падение струи жидкости иа тело в виде желобка с рассекающим ребром

с_хч,зг т 0,34

иь

=19 В ©

Диск Полусферы

а

аюрмы

ЧГ-

JJ

ь

одном направлении со струей). Если в секунду о движущуюся лопасть колеса ударяется масса воды т, то работа А, совершаемая потоком за этот период, равна кинетической энергии, потерянной водой за ту же секунду:

А = mVf/2 - m/2 .

Из этой формулы следует, что работа, совершаемая потоком воды, зависит и от скорости движения лопасти колеса. То есть, когда лопасть движется со скоростью воды, давление на нее со стороны воды равно нулю, в результате работа равна нулю. Кстати, подобный нулевой результат будет и при воздействии потока на неподвижную лопасть. Ведь хотя здесь давление на нее будет наибольшим, но поскольку лопасть не перемещается, то и работа не совершается. Словом, специалисты доказали, что работа, производимая потоком, будет наибольшей, когда лопасть колеса двигается со скоростью, соответствующей 50% скорости потока.

Немного о конфигурации лопастей. Как видно из рис. 4,а, конструктивно невозможно обеспечить падение струи на лопасть колеса перпендикулярно к ее поверхности, поскольку лопасти экранируют (закрывают) друг друга. Однако, как всегда, выход нашелся. Лопасти стали делать изогнутыми (по форме, близкой к цилиндрической поверхности), увеличили их число, а струю воды направили на лопасти сбоку под острым углом (рис. 7). Это привело к тому, что вода, попадая на лопасти с одной стороны колеса, выходила с другой стороны колеса в направлении, симметричном входу, то есть под острым углом, что обеспечило значительно более высокий уровень передачи кинетической энергии от струи к колесу.

Рис. 7.

Колесо с боковым поводом струи:

1 — колесо;

2 — сопло для подвода жидкости к лопастям колеса