Возникнет подъёмная сила или нет?

Jar

Откуда
Жуковский
Задача же про подъемную силу от вибраторов более сложная и интересная, чем та, к которой свелась тема.
вы думаете, более сложная? чем?
Мой проф называл это "соска для мозга". Или жвачка, если угодно.
Формула Жуковского утверждает, что подъемная сила пропорциональна циркуляции. Следовательно, при четном числе вибраторов подъемной силы в задаче Инопланетянина не будет, при нечетном - будет гармонически меняющаяся подъемная сила, в среднем тоже нулевая за единицу времени. С тем же успехом можно взять один-единственный пьезик и положить набок ( повернуть на 90) - он будет создавать такую же силку, направленную вверх-вниз (но уже другой природы).
Задача же про горячий лист - климатическая задача. Не одна тысяча диссертаций написана на тему решения системы уравнений Навье-Стокса и теплопроводности. Но пока миллионы Боинга никому не достались, а синоптики чаще угадывают, чем реально предсказывают погоду :(
А.Б., представьте, что книжку поднимают не рывком, а мееедленнннооо тянут вверх. Поднимется листочек формата А4? как висел, так и останется. А если рывком - конечно, пойдет за книжкой. Это и есть уравнение Навье-Стокса... Нагретый лист не имеет над собой комок горячего воздуха, который должен пулей отскочить вверх, увлекая лист за собой (привет Мюнхгаузену?) Он сперва должен прогреть воздух вокруг себя, что определяется его размерами и формой. А только потом начнется конвекция - теплый воздух по закону Архимеда "всплывет" вверх. Его место займет холодный воздух с боков (опять же по уравнению теплопроводности). Как выполнится закон сохранения импульса? от чего оттолкнется, "всплывая", горячий воздух? свое количество движения он не может уравновесить за счет холодного воздуха, замещающего его притоком с границ листа - векторы их скоростей не коллинеарны. За счет холодного воздуха сверху тоже не может - им надо обменяться местами, а при этом произойдет теплообмен. Остается только лист. Горячий воздух пошел вверх - лист пошел вниз.
Да. Вязкость у охлажденного воздуха ниже, у горячего вязкость выше. Тут я и Голубев с Гнездиловым вас поддерживаем.
 
G

georgka

вы думаете, более сложная? чем?
Мой проф называл это "соска для мозга". Или жвачка, если угодно... Формула Жуковского утверждает, что подъемная сила пропорциональна циркуляции...
Формула Жуковского - один из многочисленных математических приемов расчета подъемной силы, возникающей (или нет) при обтекании тела газом (жидкостью): циркуляция - прием интегрирования  величин давлений по контуру профиля. Кроме математики, нужно видеть и физику процесса - с этим туго, просматривая темы форума, где затрагивается тема подъемной силы. Да и уровень подготовки у людей разный: что иному профессору жвачка, то другому - вывих мозгов. Вы же обратились к профессору...
Теперь о задаче: в ней не сказано, что пьезоэлемент имеет форму крыла - есть стержень, совершающий круговое изгибное движение вокруг оси заделки в плоскость. Вот и постарайтесь (при желании) "на пальцах" объяснить страждущим, что Fср=0. Без Жуковского и Навье-Стокса... Теперь представьте, что этот стержень - труба с возможностью протекания газа (жидкости). И?
 

Jar

Откуда
Жуковский
Формула Жуковского - один из многочисленных математических приемов расчета 
И притом довольно надуманный. Как и таблица Менделеева. Однако и то, и другое работает.
Циркуляция есть интеграл ротора скорости на нормаль по поверхности. Вдоль оси пьезика нет составляющей скорости, и нет зависимости по этой оси: Vz=0, d/dz =0. Тогда ротор сводится к k(dVy/dx-dVx/dy). Но сказано, что колебания - круговые, значит, dVy/dx=dVx/dy (симметричные осцилляторы). Отсюда ротор равен нулю и циркуляция равна нулю.
Про трубу ничего не сказано! Ежели это труба, то dV/dz не ноль!
 
G

georgka

Математика вся "надуманная", но это инструмент в руках специалистов.
К задаче: объяснение - математическое и, уверен, очень многие из участников диспута его не поймут и засыплют "комментариями". Одно из них: изогнутый стержень, вращаясь вокруг оси заделки, увлекает за собой воздух, придавая ему вращательное движение. Т.е. образуется вихрь с зоной пониженного давления в центре (вдоль оси вращения стержня). В этот вихрь будет подсасываться воздух, над поверхностью пластины возникнет зона пониженного статического давления. Снизу на пластину (она стоит на стойках), действует полное давление воздуха (Рпол > Рст по определению). Что? Fпод >0!?
 

Jar

Откуда
Жуковский
@ Жорж, вы меняете условие задачи. Протекание воздуха вдоль оси пьезиков не предусмотрено (поверхность элементов образует верхнюю поверхность пластины). Ладно, будь по-вашему.
Если есть протекание и dV/dz не ноль, то ротор скорости можно описать как iRx+jRy. Вся конструкция плоская, значит, нормаль во всех точках будет n=nk (здесь i, j и k - орты декартова пространства). Скалярное произведение (iRx+jRy)*nk =0 по определению!
Да, это противоречит опыту на первый взгяд. Торнадо, суховей, пылесос Dyson - ротор скорости, создающий подъемную силу. Те, кто мешал цемент дрелью-"миксером", знают, что она выталкивается из раствора. Однако в этих примерах:
а) поверхность не плоская - n = n1i+n2j+n3k
b) есть ток жидкости/газа через вихрь - Vz не ноль.
В нашей задаче нижняя пластина непроницаема для воздуха. А поверхность плоская. А вихрей "очень много". Поэтому даже если устроить выпуклую поверхность, то подынтегральное выражение перестанет быть нулем, но интеграл обнулится, поскольку каждой компоненте скорости на участке поверхности найдется обратная компонента на равном участке из условия, что пьезики работают в противофазе. Это как интегрировать нечетную функцию.
Если был бы один-единственный крутящийся стержень, а нижняя поверхность была бы проницаемой для воздуха -то да, циркуляция не ноль. Получится вертолет.
 
Господи!!Понятно то всё как! ;D


Задача же про подъемную силу от вибраторов более сложная и интересная
В создании подъёмной силы, считаю достаточным, визуально-сенсориальной информации,использование вибраторов  рассматриваю извращённо- аморальным.
 
G

georgka

Он пришел с пьезо, а его накрыли листом. Да ещё горячим. Кто такое выдержит...
 

Jar

Откуда
Жуковский
Ладно, продолжим словоблудие.
допустим свободное обтекание "вибратора". Тогда можно выделить 2 сечения:
1) сечение перпендикулярно оси симметрии пьезоэлемента (ясно, что их бесконечно много). Тогда оно движется относительно потока с постоянной скоростью. Это обтекание кругового цилиндра ламинарным потоком = парадокс д'Аламбера, значит, подъемной силы нет.
2) сечение плоскостью, параллельной подошве "вибратора" и проходящей через ось симметрии. Тогда оно в целом неподвижно относительно потока. Циркуляция равна угловой скорости вращения на диаметр на длину пьезоэлемента. По формуле Жуковского, домножим ее на плотность воздуха и на скорость на бесконечности V0. Но сечение относительно потока покоится, значит, V0=0 и подъемной силы нет.
Как же так? Есть циркуляция, есть вихрь, значит, есть зона пониженного давления. А подъемной силы нет?
Когда размешиваешь ложечкой чай, чаинки не собираются (во время мешания!) в центре чашки, а крутятся кольцом. Еще заметнее это, когда колеруешь краску: в вязкой жидкости появляется цветное кольцо. А не пятно в центре.  Градиент давления направлен из центра к ложке (миксеру, кисточке), где максимальня скорость. Это ложка "притягивает" поток, и в центр вихря не засасывается - подъемной силы нет.
Однако, как мы уже сказали, формула Жукоского не определяет механизм возникновения подъемной силы, а дает его инженерное описание. Мысль о воронке в чашке при размешивании меня смущает - может, я чего недопонял? Во всяком случае, профессор, свое решение я объяснил - давайте теперь ваше!
 
G

georgka

Во всяком случае, профессор...
Вы мне льстите  :). Я - инженер. Поэтому задачу и определил как сложную и интересную.
Что формула Жуковского в данном конкретном случае не подходит - интуитивно уверен. Далее - "чешу репу" и все более склоняюсь к эксперименту в подтверждение отсутствия подъемной силы.
Резон такой: если вибратор создает движение воздуха вверх от листа (одна из составляющих скорости потока), то, имея поворот потока на 90 градусов, получаем какую-то силу F (считаем её сосредоточенной), которая приложена к этому потоку и направлена вверх. Но третий указ Ньютона заставляет приложить аналогичную силу Р к листу (вибратору), но направленную вниз... Эти силы "расположены" в зоне конуса колебательного вращения вибратора... При этом осевая составляющая будет крайне мала, т.к главенствовать будет радиальная составляющая...
 
Блин,да я чай теперь спокойно пить не могу,смотрю как там чаинки за ложечкой выстраиваются,а в голове ротор их скорости своей нормалью лезит мне в орту!Вот оно мне это надо..,ведь жил -жи спокойно.А говорили инопланетян нету,есть они и похоже база у них в Жуковске.
 
G

georgka

Это Вам не гравицапу с перпетум-мобиле слюнявить!
 

lav

Я люблю строить самолеты!
Рано есчо вылезать из укрытий..............
Рискну вылезти из укрытия....
Для создания подъёмной силы нужна внешняя энергия  и относительное перемещение поверхности и среды в условиях ассиметрии (что можно обеспечить за счёт угла атаки или принудительной циркуляции). Круговое движение торца пьезоэлемента не способно возбудить такую ассиметрию течения вокруг пластины.
(это-же очевидно) В данном случае мы имеем реактивный двигатель с вектором тяги направленным к центру земли! Если поместим наше устройство в произвольный (по размерам ) воображаемый вертикальный цилиндр и посчитаем изменение количества движения протекающего через него воздуха то получим тягу такого двигателя....за счёт источника тепла-нашего пьезоэлемента! :)
 
Вверх