- •Содержание
- •1. Введение
- •Предмет гидравлики и краткая история её развития.
- •Понятие жидкости. Реальная и идеальная жидкости
- •Метод гидравлических исследований
- •Силы, действующие на жидкость. Понятие давления
- •Основные свойства капельных жидкостей
- •Гидростатика Гидростатическое давление и его свойство
- •Основное уравнение гидростатики
- •Дифференциальные уравнения равновесия жидкости и их интегрирование для простейшего случая
- •Пьезометрическая высота. Вакуум. Измерение давления
- •Сила давления жидкости на плоскую стенку
- •Сила давления жидкости на криволинейные стенки. Плавание тел
- •Кинематика Понятие о движении жидкости как непрерывной деформации сплошной материальной среды
- •Установившееся и неустановившееся течение жидкости
- •Линии токов жидкости и вихревые линии. Плавно и резко изменяющееся движение
- •Общие уравнения сплошной среды Уравнение неразрывности
- •Уравнение Бернулли
- •Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли
- •Потери напора при установившемся движении. Влияние различных факторов на движение жидкости
- •Понятие о подобных потоках и критериях подобия
- •Числа Рейнольдса, Фруда, Эйлера, Вебера
- •Понятие о гидравлических сопротивлениях, виды потерь напора (местные и по длине)
- •Общая формула для потерь напора по длине при установившемся равномерном движении жидкости. Коэффициент Дарси
- •Основное уравнение равномерного движения
- •Касательные напряжения. Обобщённый закон Ньютона
- •Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Критическое число Рейнольдса
- •Пульсации скоростей при турбулентном режиме. Мгновенная и местная осреднённые скорости
- •Потери напора по длине при равномерном ламинарном движении жидкости
- •Распределение скоростей по живому сечению в цилиндрической трубе при ламинарном режиме. Коэффициент Дарси при ламинарном течении
- •Потери напора при равномерном турбулентном движении жидкости
- •Механизм турбуллизации потока: процесс перемешивания жидкости, ядро течения и пристенный слой
- •Коэффициент Дарси при турбулентном движении жидкости, экспериментальные методы его определения
- •График Никурадзе
- •Местные сопротивления, основные их виды
- •2. Объемные гидромашины.
- •2.1 Понятие объемной гидромашины. Насосы, гидродвигатели.
- •2.2 Величины характеризующие рабочий процесс огм.
- •2.3 Роторные гидромашины. Классификация.
- •3. Основные сведения об оъемном гидроприводе.
- •3.1 Назначения и основные свойства
- •3.2 Основные параметры гидрооборудования
- •3.3 Основные режимы работы и условия эксплуатации гидрооборудования.
Общие уравнения сплошной среды Уравнение неразрывности
Рассмотрим случай, когда невязкая жидкость течет по горизонтальной цилиндрической трубе с изменяющимся поперечным сечением .
Течение жидкости называют стационарным, если в каждой точке пространства, занимаемого жидкостью, ее скорость с течением времени не изменяется. При стационарном течении через любое поперечное сечение трубы за равные промежутки времени переносятся одинаковые объемы жидкости.
Жидкости практически несжимаемы, т. е. можно считать, что данная масса жидкости всегда имеет неизменный объем. Поэтому одинаковость объемов жидкости, проходящих через разные сечения трубы, означает, что скорость течения жидкости зависит от сечения трубы.
Пусть скорости стационарного течения жидкости через сечения трубы S1 и S2 равны соответственно v1 и v2. Объем жидкости, протекающей за промежуток времени t через сечение S1, равен V1=S1v1t, а объем жидкости, протекающей за то же время через сечение S2, равен V2=S2v2t. Из равенства V1=V2 следует, что
Рис 1.14
(1.27)
Соотношение (1.27) называют уравнением неразрывности. Из него следует, что Следовательно, при стационарном течении жидкости скорости движения ее частиц через разные поперечные сечения трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений.
Поскольку объемный расход Q равен произведению скорости текущей среды V на площадь S поперечного сечения трубки тока, уравнение неразрывности имеет следующий вид:
(1.28)
Это уравнение выражает один из основных законов гидроаэромеханики, согласно которому объемный расход во всякой трубке тока, ограниченной соседними линиями тока, должен быть в любой момент времени одинаков во всех ее поперечных сечениях.
Уравнение Бернулли
Основной задачей гидродинамики является изучение законов движения жидкости. Движение жидкости характеризуется скоростями движения частиц и давлением в отдельных точках потока.
Чтобы установить взаимосвязь между основными параметрами движения, а именно между гидродинамическим давлением и скоростью движущейся жидкости, составим уравнения движения жидкости. Эти уравнения могут быть получены из дифференциальных уравнений равновесия жидкости, если к действующим силам согласно принципу д’Аламбера присоединить силы инерции. Получим систему уравнений:
(1.29)
Преобразуем полученные уравнения, применительно к элементарной струйке идеальной жидкости, находящейся в установившемся движении, умножив каждое уравнение соответственно на ,. После по членного суммирования получаем
(1.30)
Так как , , - это проекции элементарного пути, проходимого частицами жидкости за время dt, следовательно:
(1.31)
С учетом (3) уравнение (2) примет вид:
(1.32)
- полный дифференциал силовой функции, выражающей массовые силы, под действием которых осуществляется движение жидкости.
- полный дифференциал давления, так как при установившемся движении гидродинамическое давление не зависит от времени.
- полный дифференциал скорости, выраженной через ее составляющие по соответствующим осям координат.
С учетом вышесказанного уравнение (1.32) примет вид:
(1.33)
Или окончательно
(1.34)
В частном случае, когда из всех массовых сил на движущуюся жидкость действуют только силы тяжести, силовая функция будет равна
(1.35)
Подставив значение силовой функции в уравнение (6) и проинтегрировав, получим уравнение для рассматриваемого сечения:
(1.36)
Так как сумма трех членов в уравнении (8) постоянна для любого сечения струйки, то для двух сечений 1 - 1 и 2 - 2 (рис. 1.15) можно записать
(1.37)
Рис.
1.15
Разделив левую и правую часть уравнения (1.37) на g, окончательно получим:
(1.38)
Уравнение (10) устанавливает связь между скоростью движения, давлением и геометрическим положением частиц жидкости для двух сечений струйки и является уравнением Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.