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水的阻力 物體在地面運動時,需不斷施加動力,否則物體就會停下來,這是因為物體和地面間存在著摩擦阻力。 同樣的道理,潛水員在水中運動時,也會受到水的阻力。 在水中運動的物體,所受到的與運動方向相反,陽碼物體運動的力,叫做水的阻力。水的阻力消耗漕 水員的體力。憑經(jīng)驗我們知道,游泳時慢慢游不會很費勁,但快速游時會很累。這說明水的阻力與相對運 動速度有關,速度快時,阻力大,反之則小,當然速度和陽力間不是簡單的線性正比關系。 為什么在水中運動的物體會受到阻力? 這因為水的內部存在粘滿性。潛水員入水后,潛水服被水沒濕, 港水員運動時,這部分水就和潛水員一起運動。此時,周國的水必然與這部分水相分商。由于水本身所具 有的粘湍性,潛水員運動時就要克服這種粘著力,才能使附者在潛水服上的水與周國的水相分高。潛水員 要游動就必領付出一個力來克服水的粘著力,即水的粘著阻力。 水中物體所受的阻力可用2-5 式計算: R=p vZCA (2-5) 式中:R一水的阻力 V一水流速度 C一水的摩擦系數(shù) A一運動物體迎水面積 p一水的密度 從上式可以看出:水中運動的物體,所受到水的阻力,與水的摩擦系數(shù)(粘滯度)有關;與迎水面積 有關,迎水面積大,阻力也越大;與運動速度有關,速度越大,阻力亦隨之增大。 除此之外,阻力還與物 體的形狀有關。 實驗證明,當相對運動速度增大到一定值時,水的阻力會急劇增大,這時又增加了一個阻力因素,即 湍流阻力。 19世紀末,英國物理學家雷諾證明液體的運動存在層流和湍流(又叫紊流〕兩種流態(tài)。所謂層流指液 體質點作有秩序的線性運動,彼此互不摻混的流動狀態(tài);而充滿旋渦、質點相互混摻的流動狀態(tài)則稱為湍 流。流速是決定流態(tài)的主要因素之一。 潛水員在靜止(或流速很小)的水中慢速運動,水的流態(tài)屬于層流。 而潛水員在靜止水中快速游動或在急流中運動時,水的流態(tài)屬于湍流,這時水的阻力隨相對運動速度增加 而呈幾何級增加。 綜上所述,水的阻力包括粘滯阻力和湍流阻力。在相對運動速度較小時,阻力的大小主要是粘滯阻力, 在相對運動速度較大時,阻力的大小主要是湍流阻力。為了減少阻力,可以設法減小迎水面積及降低運動 速度。 二、水的阻力與潛水員的關系 我們知道,水下環(huán)境從動態(tài)意義上可分為靜水環(huán)境和流水環(huán)境兩種。因此潛水員在水中所受阻力也可 以分為兩種情況來研究,即運動阻力和水流阻力。 1運動阻力 潛水員在靜水環(huán)境中,與水做相對運動所受到的水的陽力稱做運動阻力。根據(jù) 2-5 式可知,這個阻力 的大小與迎水面積的大小成正比,并隨運動速度增大而增大,這時潛水員與水作相對運動時水的流態(tài),可 視為層流,阻力較小,主要為牯滯阻力,只要運動速度不過快,一般不會產生湍流阻力。潛水員可適當減 慢運動速度,或盡量減小迎水面積,比如側身運動等都可有效減少運動阻力。 2. 水流阻力 潛水員在流水環(huán)境,水流與潛水員相對運動所受到的阻力稱做水流阻力。 如果水流速度很慢,水的流 態(tài)仍可看做層流,潛水員所受到的阻力與靜水時相差不大,主要還是牯滯阻力但是水流較急時,水的流態(tài) 為湍流,水的阻力除粘滯阻力外,還會產生湍流阻力,而且湍流阻力比粘滯阻力大得多,對潛水員造成很 大的體力消耗,甚至無法進行水下作業(yè)。因此在急流的江河和潮流較大的海區(qū)作業(yè),潛水員將受到比靜水 環(huán)境大得多的水流阻力。在這種環(huán)境作業(yè),應采取各種手段才能保證水下作業(yè)。例如,根據(jù)湖汐運動 規(guī)律,在平潮期間作業(yè):在急流中使用擋流板等。
混合氣潛水技術的發(fā)展過程 上個世紀20年代起,隨者軍事和產業(yè)港水對大深度潛水的需要與日俱增,人們研究和發(fā)展了混合氣 潛水技術。這種技術解快了空氣潛水敘麻醉的問題,使?jié)撍疃葲_破了 60 m 以淺的限制。混合氣體中, 常用的是氦氧氣體。氮氣作為呼吸氣體中的稀釋介質,是一種理想的情性氣體。但是,它也帶來了一些 新的問題。 首先是寒冷問題。氫氣的導熱系數(shù)是空氣的6 倍多,潛水員著濕式或千式潛水服,因深度增大, 衣服受壓變薄,絕熱保暖性能急劇下降,已難以抵擋水下的寒冷。于是,在 1937 年出現(xiàn)了加熱潛水服。 加熱方法有氣、水、電、化學材料等多種,目前國際上通用的是熱水潛水服。它可使?jié)撍畣T在很冷的水中 保持舒適狀態(tài),進行較長時間的水下作業(yè)。當港水深度超過 150口 左右時,潛水員的大量體熱將會從呼吸 道排出,所以,為了維持體熱平衡,降低呼吸散熱損失,還必須用呼吸氣體加熱裝置。其次是氫語音失真 問題。 氫氧潛水電話的使用較好地解決了這個問題。第三,潛水深度增大,氦氣消耗量很多。為了減少 貴的氫氣損失,先后研制成功呼吸氣體少量排出或者完全不排出呼吸器的半閉式和閉式潛水裝具。 隨著混合氣潛水深度的繼續(xù)增加,人們發(fā)現(xiàn)用于減壓的時間遠遠大于水下作業(yè)的時間,潛水效率極低。 計對這一矛盾,1957 年,美國人龐德提出了 “飽和潛水”新概念。1962 年開始了 次海上實驗,并于 965年首次把飽和潛水技術用于產業(yè)潛水,解決了常規(guī)潛水(即非飽和潛水)無法克服的潛得深、呆得久, 角保潛水員等一系列難題。大量的實踐表明,飽和潛水技術是當今進行大深度和《或)長時間承壓潛 k作業(yè)的 方法。 但飽和潛水需要龐大而復雜的設備和大深度潛水裝具等支持,而且潛水深度愈大,對 又備的性能要求也愈高。例如,生命支持系統(tǒng)對飽和居住艙內環(huán)境溫度的控制精度,在 150m 深度為士3C, g 450m 時僅為士1°C。 20世紀 80年代初,隨著飽和潛水技術的發(fā)展,根據(jù)壓氣機一一抽氣機原理制成的推挽式呼吸系統(tǒng)(叉 閉路呼吸系統(tǒng))問世。它使水下呼吸器、鐘上回收設備和水面控制設備構成了一套大循環(huán)的閉路呼吸系 ,成為與飽和潛水系統(tǒng)配套的新型閉式潛水裝具。閉路呼吸系統(tǒng)不僅解決了因大深度潛水時氣體密度增 加,潛水員呼吸困難的問題,而且,還大大提高了潛水作業(yè)的性和經(jīng)濟性。 圖1-7飽和潛水系統(tǒng) 潛水系統(tǒng),又稱深潛系統(tǒng),是承壓潛水所需器材和設備的統(tǒng)稱,通常包括《閉式)潛水鐘、甲板誠壓 艙和吊放系統(tǒng)等(圖1-7)。潛水系統(tǒng)既可用于常規(guī)潛水,也可用于飽和潛水,所以又有常規(guī)潛水系統(tǒng)和飽 和潛水系統(tǒng)之分。深潛系統(tǒng)誕生于 1931 年,但到海上使用則在 1962 年。 從那時起,這一技術在軍事和產 業(yè)潛水中獲得了廣泛的應用。它標志著潛水技術己進入了深潛系統(tǒng)時代,同時,也標志著傳統(tǒng)的潛水技術 從簡單的個體勞動水平發(fā)展到了類似現(xiàn)代化大生產方式的先進水平。
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