- •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.
Понятие о подобных потоках и критериях подобия
Установление зависимости интересующей величины от системы выбранных определяющих факторов может выполняться двумя путями: аналитическим, основанным на законах механики и физики, и экспериментальным. Первый путь применим лишь для ограниченного числа задач и при том обычно лишь для упрощённых моделей явлений.
Другой путь, экспериментальный, в принципе может учесть многие факторы, но он требует научно обоснованной постановки опытов, планирования эксперимента, ограничения его объёма необходимым минимумом и систематизацией результатов опытов. При этом должно быть обосновано моделирование явлений.
Эти задачи позволяет решать так называемая теория гидродинамического подобия, т.е. подобия потоков несжимаемой жидкости.
Гидродинамическое подобие складывается из трёх составляющих: геометрического подобия, кинематического и динамического.
Геометрическое подобие представляет собой пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих углов. В гидравлике под геометрическим подобием понимают подобие тех поверхностей, которые ограничивают потоки, т.е. подобие русел (или каналов).
Кинематическое подобие означает пропорциональность местных скоростей в сходственных точках и равенство углов, характеризующих направление этих скоростей. Из кинематического подобия вытекает геометрическое подобие линий тока. Очевидно, что для кинематического подобия требуется геометрическое подобие русел.
Динамическое подобие - это пропорциональность сил, действующих на сходственные объёмы в кинематически подобных потоках и равенство углов, характеризующих направление этих сил.
Числа Рейнольдса, Фруда, Эйлера, Вебера
Совокупность параметров, определяющих какой-либо гидродинамический процесс, можно рассматривать как конкретное решение дифференциальных уравнений этого процесса. Ему соответствуют вполне определённые начальные и граничные условия. Они представляют собой зависимости или константы, определяющие физические параметры в начальный момент и на границах во время движения. Следовательно, не только уравнения процесса, но также безразмерные формы начальных и граничных условий (условий однозначности) в механически подобных потоках должны быть одинаковыми. Имея это в виду, запишем уравнения Навье-Стокса и приведём их к безразмерному виду, для чего выберем характерные физические параметры L, V, T, P, F0 (если F - cила тяжести, то в качестве F0 удобно взять ускорение g свободного падения) и отнесём к ним соответствующие размерные величины:
Для плотности и вязкости, которые считаем постоянными, характерные величины не выбираем, так как они сами ими являются. Примем также во внимание размерность дифференциальных операторов иgrad:
;
Векторное уравнение Навье-Стокса можно представить в виде
(1.48)
Чтобы придать этому уравнению безразмерный вид, разделим все его члены на коэффициент при конвективном ускорении. Получим
(1.49)
где дифференциальные операции выполняются по безразмерным переменным. В этом уравнение все члены, включая комбинации характерных параметров, безразмерны. Для всех динамических подобных потоков оно должно быть одинаковым, а следовательно, группы потоков были одинаковыми, т.е.
(1.50)
Входящие в условия (1.50) безразмерные комплексы играют роль критериев подобия и имеют следующие собственные наименования:
- число Фруда; - число Эйлера;- число Рейнольдса;- число Струхала.