Контрольні запитання

1. Надайте визначення реальної та ідеальної рідини.

2. Надайте формули густини та питомої ваги рідини.

3. Як розраховують в’язкість рідини?

4. Як розраховують тиск рідини?

5. Надайте формулу та сформулюйте закон Паскаля.

6. Що називають розходом рідини?

7. Який розхід буває?

8. Як розраховують розхід рідини?

9. Надайте формулу матеріального балансу рідини.

10. Сформулюйте рівняння нерозривності потоку.

1.1 Основи гідравліки (лекція)

Мета: ознайомити студентів з енергетичним балансом потоку рідини; вивчити режими руху рідини; ознайомитися з елементами теорії подібності.

План

1. Загальна енергія рідини.

2. Енергетичний баланс потоку для ідеальної рідини.

3. Рівняння Бернуллі для реальної рідини.

4. Режими руху рідини.

Енергетичний баланс потоку

Рідина, незалежно від того знаходиться вона в стані спокою чи руху, володіє деяким запасом енергії, що дорівнює сумі внутрішньої, потенційної та кінетичної енергії.

Внутрішня енергія представляє собою енергію молекул рідини, що завжди здійснюють поступові та оборотні рухи і тому володіють кінетичною енергією цих рухів. Швидкість і енергія руху молекул підвищується зі збільшенням температури. Внутрішня енергія визначається через U Дж..

Потенційна енергія рідини складається з потенційної енергії тиску та потенційної енергії положення.

Потенційна енергія тиску дорівнює pV

Потенційна енергія положення дорівнює mgZ, де Z – висота центру тяжіння об’єму рідини над горизонтальною плоскістю.

Кінетична енергія рідини, що рухається зі швидкістю w, визначається за формулою mw²/2.

Рівняння Бернуллі

При русі рідини по трубопроводу без додаткового підведення енергії або її відведення питома енергія рідини, згідно закону збереження енергії, не буде змінюватися, тобто питомі енергії рідини в перерізах І та ІІ будуть однакові.

Для ідеальної рідини ₁= ₂= . Ідеальна рідина рухається без тертя, тому при відсутності підведення тепла, її температура та внутрішня енергія не будуть змінюватися, тобто рівняння енергетичного балансу виглядає:

Z₁ +

Це рівняння, що виражає енергетичний баланс ідеальної рідини, що рухається, називається рівнянням Бернуллі, де:

Z - виражає потенційну енергію положення рідини, має розмірність довжини і називається геометричним натиском.

- п’єзометричний або статичний натиск.

- виражає питому кінетичну енергію рідини, що рухається – швидкісний або динамічний натиск.

Згідно рівняння Бернуллі, при русі ідеальної рідини сума геометричного, п’єзометричного та швидкісного натисків в усіх перерізах потоку є сталою величиною.

Для реальної рідини рівняння Бернуллі виглядає так:

Z₁+ ,

де h_втр – втрачений або загублений натиск.

Для встановленого руху реальної рідини сума геометричного, п’єзометричного, швидкісного та втраченого натисків в кожній точці будь-якого перерізу потоку є сталою величиною.

Режими руху рідини

При течії рідини характер, або режим, її руху може бути ламінарним або турбулентним.

Ламінарний режим – режим, при якому усі частки рідини рухається в одному напрямку паралельно один одному.

Турбулентний режим – режим, коли частки рухаються хаотично, безперервно змінюючи свій напрямок.

Ядро потоку – частина потоку, де швидкість однакова. Та частина потоку, де швидкість різко змінюється, називається прикордонним шаром, де зосереджені опір руху потоку.

Wcp = 0,5Wmax - ламінарний

Wcp = 0,85Wmax – турбулентний

Критерій Рейнольдса визначається

Re =

Якщо Re <= 2320 – ламінарний режим

Якщо Re > 10000 – турбулентний режим

2320 ≤ Re < 10000 – перехідний режим