тицы жидкости движутся медленнее, чем во внешнем потоке, соприкасающемся с пограничным слоем. При наличии определенных условий это приводит к тому, что из пограничного слоя возникает слой раздела, а из последнего - вихри (ср. § 7 и 12 гл. II). Пусть во внешнем потоке имеется разность давлений, вызывающая ускорение или замедление потока. Очевидно, что эта разность давлений вызывает изменение движения также в пограничном слое. В том случае, когда давление во внешнем потоке уменьшается в направлении движения, следовательно, когда перепад давления ускоряет внешний поток, скорость частиц жидкости в пограничном слое увеличивается, что позволяет им, несмотря на действие трения, продолжать свое движение вдоль поверхности тела. Наоборот, в том случае, когда давление во внешнем потоке увеличивается в направлении движения, следовательно, когда перепад давления замедляет внешней поток, частицы жидкости в пограничном слое, движущиеся медленнее, чем частицы во внешнем потоке, начинают двигаться еще медленнее, а при достаточной степени замедления внешнего потока - даже останавливаются, а вслед затем начинают двигаться в обратную сторону. Таким образом, около поверхности обтекаемого тела возникает возвратное движение жидкости, несмотря на то, что внешний поток продолжает по-прежнему двигаться вперед. Новые порции жидкости, притекающие к тому месту поверхности тела, где начинается возвратное движение, также сначала останавливаются, а затем начинают двигаться назад. Все это приводит к тому, что количество заторможенной жидкости между стенкой и внешним потоком очень быстро увеличивается и возвратное движение становится все шире и шире, пока, наконец, совсем не оттесняет внешний поток от стенки происходит так называемый отрыв потока от стенки. Получившийся в результате слой раздела быстро свертывается в вихрь так, как это было описано в § 7 гл. II; при этом часть заторможенной жидкости попадает в имеющее конечные размеры ядро вихря. Все эти стадии образования вихря хорошо видны на рис. 104, изображающем шесть последовательных фотографий потока, обтекающего неподвижный цилиндр. Мы видим, что в первый момент вокруг цилиндра возникает потенциальное течение, в котором линии тока, расходящиеся перед цилиндром, вновь смыкаются позади цилиндра. При обтекании передней стороны цилиндра происходит ускорение внешнего потока, и поэтому частицы жидкости в пограничном слое преодолевают трение на всем пути до верхней и нижней точек цилиндра. Но начиная отсюда, скорость внешнего потока уменьшается, а давление увеличивается, что очень быстро приводит к возникновению возвратного движения пограничного слоя

Рис. 104. Образование вихрей при обтекании неподвижного цилиндра (поток направлен слева направо)

и к последующему образованию вихрей. Слой раздела, состоящий из частиц жидкости, первоначально двигавшихся вдоль поверхности цилиндра, очень четко выделяется на первых трех фотографиях благодаря скоплению в нем частиц алюминиевого порошка, которым была обсыпана поверхность потока для придания видимости его движению. Последние три фотографии показывают постепенное развитие обоих вихрей. В конце концов, один вихрь, а вслед за ним и другой отрываются от цилиндра и уплывают вместе с потоком. На смену оторвавшимся вихрям возникают попеременно сверху и снизу новые вихри, которые также отрываются от цилиндра и уплывают вместе с потоком (см. также рис. 143 и 146, d и е).

Таким образом, если при обтекании тела скорость течения увеличивается в направлении потока, то поток движется вперед, все время прилегая к поверхности тела. Если же скорость течения уменьшается

в направлении потока, то при достаточной степени замедления начинается возвратное движение пограничного слоя, которое приводит к отрыву внешнего потока от поверхности тела и к образованию вихрей. При недостаточно сильном замедлении внешнего потока возвратное движение пограничного слоя может не возникнуть (ср. §7).

Такая связь между изменением скорости течения и образованием вихрей имеет место не только при обтекании тел, но и при течении в каналах, трубах и т. п. Если в направлении потока поперечное сечение канала уменьшается, следовательно, скорость течения увеличивается, то поток заполняет собой все поперечное сечение, прилегая к обеим его стенкам. Если же в направлении потока поперечное сечение канала увеличивается, следовательно, скорость течения уменьшается, то при достаточной степени расширения около стенок возникает возвратное движение пограничного слоя, которое сейчас же приводит к отрыву потока от стенок и к образованию вихрей. При очень быстром расширении поперечного сечения в процессе отрыва потока от стенок образуется такая же свободная струя, как при истечении через отверстие с острыми краями (см. рис. 109 на стр. 196). При менее быстром расширении поперечного сечения образуется струя, более или менее плотно прилегающая к одной из стенок канала.

Если прямолинейный поток, текущий между направляющими стенками, получает отклонение в сторону (рис. 105), то там, где линии тока искривляются, давление в направлении, перпендикулярном к направлению течения, не остается постоянным: оно изменяется, увеличиваясь при переходе от вогнутой стороны линии тока к выпуклой (§6 гл. II). Следовательно, давление на внутренней стороне изогнутой части потока будет меньше, чем на внешней стороне. Это означает, в соответствии с уравнением Бернулли, что на внутренней стороне потока скорость течения, при переходе от прямолинейной части потока к изогнутой, уменьшается, а на внешней - наоборот, увеличивается. Такое скоростное поле создает условия, способствующие отрыву потока от внешней стенки, причем совершенно безразлично, является ли внешняя стенка плоской или изогнутой своей выпуклостью наружу.

Рис. 105. Поток в прямоугольном колене