ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы гидродинамики из "Основы гидравлики и теплотехники " Основные понятия и определения. Гидродинамикой называют раздел гидравлики, в котором изучается движение жидкости, обусловленное действием приложенных к ней внешних сил. [c.25] При изучении законов движения реальной жидкости необходимо учитывать ее вязкость, что усложняет решение задач гидродинамики. Рассмотрим вначале уравнения движения идеальной жидкости и затем внесем в них поправки, учитывающие вязкость реальных жидкостей. [c.26] Основным объектом изучения гидродинамики является поток жидкости, под которым понимают движение массы жидкости, ограниченной полностью или частично какими-либо поверхностями. Ограннчивающая поверхность может быть твердой, нв-пример, стенки труб, берега и дно реки может быть поверхность раздела между жидкой и газообразной фазой и т. д. [c.26] Движение жидкости может быть установившимся (стационарным) и неустановившимся (нестационарным). Установившимс я называют движение, при котором давление и скорость жидкости в любой точке занятого ею пространства о течением времени изменяются. При неустановившемся движении в каждой точ .й пространства, занятого жидкостью, давление и скорость изменяются с течением времени. Примером установившегося движения может служить движение через коническую трубку жидкости, истекающей из сосуда, в котором уровень поддерживается постоянным (рис. 21). Скорость движения жидкости в различных сечениях конической трубки различна, но в каждом сечении она не меняется со временем. При непостоянном уровне в сосуде движение жидкости в той же конической трубке нестационарное, так как давление и скорость жидкости в каждом сечении трубки со временем изменяются. [c.26] Движение жидкости может быть равномерным и неравномерным. Равномерным называют движение, при котором скорости 3 сходственных точках двух смежных сечений потока жидкости равны между собой. В противном случае движение неравномерное. Очевидно, движение через коническую трубку жидкости, истекающей из сосуда, в котором уровень поддерживается постоянным (см. рио. 21), может служить примером неравномерного движения жидкости. Если заменить коническую трубку цилиндрической, го движение жидкости будет равномерным. [c.26] Характер движения жидкости можно было бы изучать, проследив движение каждой частицы. Однако судить о поведении всей жидкости по траекториям всех частиц было бы невероятно сложно, и такой метод не применяется. [c.27] Если известны величина и направление скорости, т. е. распределение скоростей жидкости в потоке и зависимость этого распределения во времени, то движение жидкости можно считать полностью определенным. Направление скоростей в потоке характеризуется линией тока. Линия тока — воображаемая кривая, проведенная внутри потока жидкости таким образом, что скорости всех частиц, находящихся на ней в данный момент времени, ка-сательны к этой кривой (рис. 22). Линия тока отличается от траектории тeJM, что последняя изображает путь какой-либо одной частицы за некоторый промежуток времени, тогда как линия то1 а является характеристикой направления движения совокупнослч частиц жидкости в данный момент времени. При установившемся двий ении линии тока совпадают с траекториями движения частиц жидкости. [c.27] Живым сечением элементарной струйки называют поверхность, нормальную к вектору скорости, т. е. к линии тока. Скорость движения частиц лсидкости во всех точках одного сечения элементарной струйки можно практически считать одинаковой ввнду незначительных размеров сеченР я, а само сечение — считать плоским. [c.27] Живое сечение потока определяют как сумму живых сечений элементарных струек. Следовательно, живое сечение потока представляет собой поверхность, во всех точках которой скорости частиц жидкости нормальны к элементам этой поверхности. [c.27] Объем (масса) жидкости, протекающей через живое сечениа потока в единицу времени, называют объемным Q, м /с или л/о (массовым т, кг/с) расходом жидкости. Объемный расход связан с массовым расходом выражением Q = т/р. [c.28] Режимы движения реальных жидкостей. Существуют два режима движения жидкостей ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме отдельные струйки или слои жидкости движутся параллельно, не смешиваясь, при турбулентном — частицы жидкости движутся беспорядочно по разнообразным неопределенным траекториям, а само движение сопровождается поперечным перемещением жидкости и характеризуется пульса-цней скорости и давления. [c.29] Число Рейнольдса — величина безразмерная. [c.29] Поскольку для таких труб гидравлический радиус Н — 4й1, то Не = 4Ке . [c.29] На практике чаще наблюдается турбулентный режим течения жидкости, например, при движении воды в трубах из-за ее сравнительно малой вязкости и большой скорости течения. При движении вязких жидкостей (нефти, масла и др.), а также при движении жидкостей с малой вязкостью, но с небольшой скоростью, наблюдается ламинарный режим течения. [c.30] Ламинарному и турбулентному режимам движения жидкости соответствует и различное распределение скоростей по живому сечению потока. При ламинарном режиме течения жидкости по трубе (рис. 24, а) максимальную скорость имеют частицы жидкости, движущиеся по оси трубы. У стенок трубы скорость стремится к нулю, так как частицы как бы прилипают к внутренней поверхности, образуя тонкий неподвижный слой. Исследования показывают, что при ламинарном режиме движения жидкости изменение скорости в поперечном сечении потока происходит по параболическому закону. [c.30] При турбулентном режиме течения жидкости распределение скоростей более равномерное (сплошная линия на рис. 24, б) по сечению потока, чем при ламинарном режиме (штриховая линия). Это происходит вследствие перемешивания при турбулентном режиме частиц, движущихся с различными скоростями. При турбулентном режиме слои, прилегающие к стенкам трубы, движутся с малой скоростью, и режим движения здесь ламинарный. Поэтому, строго говоря, чисто турбулентного режима движения жидкости не существует. Однако толщина ламинарного слоя мала в сравнении с толщиной основного потока жидкости, и такой режим течения жидкости принято считать турбулентным. [c.30] Так как Не Re кp = 2000, то движение нефти ламинарное. [c.30] На основании теоремы о том, что изменение кинетической энергии массы жидкости на некотором перемещении равно сумме работ на том же перемещении всех сил, приложенных к этой массе. [c.31] Вернуться к основной статье