它對礦粒運動的影響,將在后面予以討論,現(xiàn)僅分析介質(zhì)阻力。
(一)介質(zhì)阻力的產(chǎn)生與形式
無論是實際流體流過物體,或者是物體在靜止流體中運動,只要流體與團體之間存在
著相對運劾,則流體便對物體有作用力,此力在物體運動的相反方向的分力,就是介質(zhì)
阻力。
介質(zhì)作用于物體表面的力由兩部分所組
成:即切向力T·dA及法向壓力P·dA,見圖
2-3所示。介質(zhì)對物體的總作用力是這兩部
分的合力。合力是空間力系,它的方向與物
體的形狀及運動狀態(tài)有關(guān)。通常它的方向與
物體相對于介質(zhì)的運動方向呈料交。因此,
介質(zhì)對運動物體的阻力,只是該合力在運動
方向上的一個分力。
切向力是介質(zhì)經(jīng)物體表面繞流時,由于
介質(zhì)的粘性使得介質(zhì)自物體表面向外產(chǎn)生一
定的速度梯度,從而導(dǎo)致在各流層之間產(chǎn)生
了內(nèi)摩擦力。故由切向力所引起的阻力,稱摩擦阻力或粘性阻力。
法向壓力與介質(zhì)在物體周圍的
分布及流動狀況有關(guān)。當(dāng)介質(zhì)繞過
物體流動時,由于附面層分離的結(jié)
果,在物體背后形成漩渦(圖2-4b),
使該處液體內(nèi)部壓力下降。此時,
由于物體前后所承受的法向壓力不
同,物體前面的壓力高于后面的壓
力,因而對物體運動產(chǎn)生阻力。在
不發(fā)生附面層分離的情況下,基于
物體周圍介質(zhì)流速的變化,使物體
表面各點所承受的法向壓力不同,同樣也將產(chǎn)生對物體運動的阻力。物體周圍介質(zhì)的分布
及流動狀況在很大程度上取決于物體的形狀。故因法向壓力所引起的阻力稱為壓差阻力或
形狀阻力。
物體在介質(zhì)中運動時,這兩種阻力同時發(fā)生。但在不同情況下,它們各自所占的比重
是不相同的。在某種情況下摩擦阻力可能居主導(dǎo)地位,而另一種情況下則壓差阻力起主要
作用。例如,薄板在介質(zhì)中運動時若取向不同,則所受介質(zhì)阻力完全有別。如圖2-5a所
示,當(dāng)薄板子行于介質(zhì)流動方向,這時它幾乎只受摩擦阻力作用,而壓差阻力極。蝗舯
板垂直干介質(zhì)流動方向,如圖2-5b,此時薄板主要受壓差阻力,而切應(yīng)力所產(chǎn)生的阻力近似等于零。
從圖2-5還可看出,介質(zhì)阻力的形式與流體的繞流流態(tài)有關(guān)。于是可用水力學(xué)中表征流體流態(tài)的雷諾數(shù)Re予以判斷。流體繞流顆粒時的雷諾數(shù)Re可寫成
眾所周知,雷諾數(shù)Re是一個無量綱數(shù),它反映了流體繞流物體時壓差作用力與粘性作用力的比值。當(dāng)雷諾數(shù)Re較大時,顆粒受到以壓差阻力為主的作用力;雷諾數(shù)Re較小時,
則以粘性阻力為主。在相同的雷諾數(shù)Re下,流體介質(zhì)的流態(tài)也是相同的。