10.Основные понятия гидродинамики
В разделе «гидродинамика» изучаются законы движения жидкости.
Движение несжимаемой жидкости характеризуется величинами давления и скорости (в случае несжимаемой жидкости плотность можно считать постоянной).
Виды движения жидкости.
В
движущейся жидкости скорость v
и давление p
могут изменяться в пространстве и во
времени:
в связи с этим различают виды движения:
Н
еустановившееся
–
вид движения, при котором давление и
скорость изменяются во времени и в
пространствеУровень в сосуде будет
падать и скорость потока будет изменяться
во времени. Одновременно с каждый момент
времени скорость v
в разных частях трубопровода из за его
сужения будет разной (так же как и
давление p).
Установившееся (стационарное) – вид движения, при котором давление и скорость постоянны во времени, а изменяются только в пространстве.
В
сосуд добавляют воду по мере её вытекания,
таким образом скорость изменяется
только из-за сужения трубопровода
(увеличивается к концу), то есть изменяется
только в пространстве.
Скорость и давление в каждой точке потока постоянны.
Равномерное – вид движения, при котором давление и скорость постоянны во времени и в пространстве.
Также различают напорное и безнапорное движение жидкости.
Напорное движение – в потоке отсутствует свободная поверхность.
Безапорное движение – в потоке имеется свободная поверхность.
Линия тока – воображаемая линия, проведённая в потоке, таким образом, что в каждой её точке направление скорости совпадает с касательной к этой линии.То есть, если известны линии тока, то если в любой их точке провести касательную, её направление совпадёт с направлением скорости.
При неустановившемся движении линии тока изменяются во времени.
При установившемся движении линии тока постоянны во времени.
Элементарная струйка тока.
Рассмотрим безграничный поток жидкости.
Выделим в этом потоке элементарную площадку dw. Площадка dw настолько мала, что в её пределах скорость потока жидкости проходящего сквозь неё можно считать одинаковой для всех её точек. Через каждую точку контура, ограничивающего площадку dw проведём линию тока. Эти линии тока в совокупности составляют поверхность тока.В связи с тем, что скорости в каждой точке такой поверхности направлены по касательной (так как поверхность образована линиями тока), сквозь поверхность тока перемещения жидкости не происходит.((часть потока, ограниченная поверхностью тока и есть элементарная струйка))
Элементарной струйкой называется часть потока, ограниченная линиями тока, проведёнными через все точки жидкого контура, заключающего в себе элементарную площадку.
Таким образом, поток жидкости можно рассматривать как совокупность элементарных струек.При установившемся движении элементарная струйка обладает следующими свойствами:
1. Положение элементарной струйки неизменно в пространстве.
2. Отсутствует переток жидкости через боковую поверхность элементарной струйки.
3. Скорости во всех точках одного поперечного сечения элементарной струйки одинаковы.
Геометрические характеристики потока жидкости.
Живое сечение потока – поверхность, проведённая таким образом, что она оказывается нормальна к линиям тока.
Цилиндрический поток Нецилиндрический поток
С
моченный
периметр
– часть периметра, находящаяся в
контакте с жидкостью.
При напорном движении смоченный периметр и геометрический периметр совпадают. Смоченный периметр – та область сечения потока в которой действуют силы внешнего трения.
Гидравлический
радиус потока – отношение величины
площади живого сечения потока w
к его смоченному периметру c.
(8.1)
Для
напорного движения в трубопроводе
круглого сечения радиусом r:
Т
аким,
образом гидравлический радиус
характеризует форму потока жидкости.
Расход
жидкости
– объём жидкости W, проходящий через
живое сечение потока в единицу времени
t.