Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Физика

КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ  Просмотрен 246

• Линия течения – линия, касательная к которой в каждой точке и в данный момент времени совпадает с направлением вектора местной скорости .

• Живое сечение потока ω – это сечение, нормальное к каждой линии течения. Если линии течения параллельны, живое сечение будет плоским.

• Периметр живого сечения – длина контура, ограничивающего живое сечение.

• Смоченный периметр χ – часть периметра живого сечения, которая касается стенок русла. При напорном течении смоченный периметр совпадает с периметром живого сечения, а при безнапорном составляет лишь часть последнего.

• Гидравлический радиус сечения – это отношение площади живого сечения к смоченному периметру:

R = ω/χ. (2.1)

Например, для напорного течения в трубе диаметром D гидравлический радиус сечения R = D/4.

• Расход (объемный расход) – это объем жидкости, проходящий через живое сечение за единицу времени:

, (2.2)

где V – средняя скорость в сечении – такая мысленная одинаковая для всех точек живого сечения скорость, при которой через это сечение проходил бы такой же расход, как и при действительных местных скоростях.

Уравнение неразрывности потока: если между двумя сечениями нет притока и оттока воды, то расход для этих сечений одинаков:

Q1 = Q2 или V1ω1 = V2ω2. (2.3)

Рис. 2.1

• Ламинарное движение – это такое движение жидкости, при котором частички жидкости двигаются слоями, параллельно друг другу без перемешивания. Местные скорости по сечению потока распределяются по закону параболы (рис. 2.1а).

• Турбулентное движение – это такое движение жидкости, при котором частички жидкости интенсивно перемешиваются. В слое небольшой толщины возле поверхности трубы местные скорости достигают практически максимального значения (рис. 2.1б).

• Число Рейнольдса Re – безразмерная величина, которая характеризует движение вязкой жидкости. Если число Рейнольдса превышает критическое значение Recr, движение жидкости превращается из ламинарного в турбулентное. Для круглой трубы диаметром D

Re = VD/ν; Recr = 2320. (2.4)

Для русел некруглого сечения и безнапорных труб

Re = V4R/ν. (2.5)

Уравнение Бернулли является следствием закона сохранения энергии: полный напор H0, т.е. сумма геометрического напора z и напора давления p/γ, а также скоростного напора (удельной кинетической энергии) u2/(2g) идеальной жидкости (несжимаемой жидкости, в которой вязкостью можно пренебречь) есть величина постоянная для разных живых сечений:

, (2.6)

где α – корректив кинетической энергии (коэффициент Кориолиса), который учитывает неравномерность распределения скоростей по сечению. Для ламинарного течения α = 2, для турбулентного α = 1,1.

• Геометрическая трактовка уравнения Бернулли: полный напор H0, т.е. сумма отметки z, пьезометрической высоты p/γ и высоты скоростного напора u2/(2g) есть величина постоянная для разных живых сечений.

• Гидродинамическая трубка (трубка Пито) погружается в поток жидкости загнутым концом навстречу течению (рис. 2.2 и 2.3). Разность уровней жидкости в гидродинамической трубке и в пьезометре равняется скоростному напору .

Уравнение Бернулли для реальной жидкости отличается наличием слагаемого h, которое представляет собой потери напора (удельной энергии) на длине l между сечениями:

. (2.7)

Линия 3 на рис. 2.2 является линией плоскости сравнения.

Рис. 2.2

 

• Линия 2 на рис. 2.2, которая соединяет отметки пьезометров, называется пьезометрической линией, или линией удельной потенциальной энергии, а ее уклон пьезометрическим уклоном:

. (2.8)

• Линия 1 на рис. 2.2, которая соединяет отметки гидродинамических напоров (отметки гидродинамических трубок), называется напорной линией, или линией суммарной удельной энергии, а ее уклон гидравлическим уклоном:

. (2.9)

• Установившееся движение – это такое движение, при котором скорость и давление в отдельных точках пространства, через которое перетекает жидкость, не изменяется со временем. Установившееся движение может быть равномерным и неравномерным.

• Призматическое русло – это такое русло, форма и размеры которого по длине потока остаются неизменными.

• Равномерное движение – это такое движение, при котором скорость, давление и распределение их по сечению при постоянной форме и размерах живого сечения не изменяются вдоль пути жидкости (примеры: течение воды в круглой трубе или в призматическом канале при постоянной глубине h).

Основное уравнение равномерного движения жидкости: пьезометрический уклон

, (2.10)

где – касательное напряжение на поверхности соприкосновения потока с руслом.

Уравнение равномерного движения жидкости: вследствие постоянства скорости напорная линия параллельна пьезометрической, и гидравлический уклон равняется пьезометрическому:

. (2.11)

Уравнение равномерного движения в открытых руслах: пьезометрический уклон ip равняется уклону i поверхности потока и дна русла, а также гидравлическому уклону J:

i = ip = J. (2.12)


Предыдущая статья:ГИДРОСТАТИКА Следующая статья:ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ПОТЕРИ НАПОРА
page speed (0.0158 sec, direct)