9. Поток. Гидравлические элементы потока.

Поток-Совокупность элементарных струек протекающих через площадь достаточно большую, но ограниченных размеров.

Виды потоков. Потоки можно разделить на напорные, безнапорные и струи.

1. Напорным называется поток, ограниченный со всех сторон твердыми стенками.

2. Безнапорным называется поток, ограниченный твердыми стен­ками не со всех сторон и имеющий по всей длине свободную по­верхность.

3. Струей называется поток жидкости, ограниченный не тверды­ми стенками, а поверхностями разрыва скоростей. Примерами такого потока могут служить струя воды из пожарного брандспойта или гидромонитора, по­ток воздуха после вентилятора местного проветривания

Ж ивое сечение. Расход. Средняя скорость

Живое сечение ώ— поверхность в пределах потока нормальная в каждой своей точке к проходя­щей через нее линии тока. При равномерном или плавно изме­няющемся движении живое сечение является плоским и равно площади поперечного сечения потока. [ώ] = м²

Периметр смачивания Х — длина контура живого сечения по твердым стенкам русла. Для круглого сечения Х = πd, Х = l_abcd. Размерность периметра смачивания [X] = м.

Гидравлический радиус R — отношение площади живого се­чения к смоченному периметру:

R=ώ/x . Размерность гидравлического радиуса [R]= м.

Для круглого сечения (а – к живому сечение, б - к уравнению расхода, в – средней скорости)

Количество жидкости, проходящее через живое сечение в еди­ницу времени, называется расходом.

Пусть в элементарной струйке за бесконечно малое время dt начальное живое сечение ab переместится в положение, описав объем dV=dώdl. Элементарный расход при этом составит

где dl/dt=u — скорость частиц.

Тогда расход в элементарной струйке через живое сечение

dQ = udώ.

В разных точках живого сечения АВ потока скорости различны, поэтому для вычисления расхода необходи­мо вычислить определенный интеграл по сечению АВ:

Размерность расхода [Q] = м3/с.

В выражении расход равен объему жидкости, проходя­щей в единицу времени через данное живое сечение, поэтому он называется объемным расходом.

При перемещении жидкости переменной плотности удобнее определять массовый расход Qm, который равен массе- жидко­сти, проходящей в единицу времени через данное живое се­чение:

Размерность массового расхода [Qm]= (кг/с).

В других случаях этот интеграл может быть решен графиче­ски на основе экспериментальных данных. Для этого живое се­чение потока разбивают на равновеликие площади dώ и определяют для каждой из них скорость и расход. Объемный расход через живое сечение будет равен сумме рас­ходов через намеченные площади: или в общем случае,

Расход— один из основных параметров потока, равный коли­честву жидкости , транспортируемой в единицу времени по трубопроводу или потребляемой различными установками. В инженерных расчетах расход обычно является заданной ве­личиной.

В большинстве случаев изменение скорости по живому сече­нию неизвестно, поэтому для расчетов введена средняя ско­рость, которая определяется как частное от деления объемного расхода на живое сечение потока: v = Q/ώ

Размерность средней скорости [v] — м/с.

Расход может быть выражен через среднюю скорость:

Объемный Q = vώ

Массовый Q_m = ρνώ

Если известна эпюра скоростей в пределах живого сечения, то средняя скорость