44.Поток жидкости и его геометрические и гидравлические элемены.

Потоком называется масса движущейся жидкости, ограниченная направляющими твердыми поверхностями. В зависимости от характера и сочетания твердых поверхностей различают напорные и безнапорные потоки. Гидравлические струи образуются без твердых стенок. Гидравлические струи ограничены жидкостью или газовой средой.

Геометрические элементы потока. Живое сечение S – это поверхность в пределах потока, во всех точках нормальная к направлению вектора скорости.

В общем случае площадь живого сечения потока S может быть криволинейной. Смоченный периметр  – часть периметра живого сечения потока, на котором жидкость соприкасается со стенкой.

Гидравлический радиус определяется как отношение живого сечения потока к смоченному периметру в этом сечении:

Эквивалентный диаметр :

Эквивалентный диаметр является важнейшим линейным параметром живого сечения потока. Например, при определении режима течения потока жидкости критерий Рейнольдса определяется с помощью .

Гидравлические параметры потока. Расходом называется количество жидкости, проходящее через живое сечение потока за единицу времени. Различают объемный, массовый и весовой расходы:

Скорость жидкости в различных точках живого сечения различна и может меняться во времени .

Средняя скорость потока – такая скорость, с которой должны были двигаться все частицы жидкости через S, чтобы расход всего потока был равен расходу, соответствующему действительным скоростям этих частиц:

. В реальных потоках вязкой жидкости местные скорости в различных точках живого сечения будут различными.

В реальном потоке частицы жидкости кроме основного поступательного движения осуществляют пульсационное беспорядочное движение. Если проекция пульсационной скорости на основное направление течения обозначим через , то для суммарной скорости можно записать:

.

Тогда усредненная по времени скорость (рис. 2.5) данной точки может быть определена по зависимости: Линией тока называется линия, в каждой точке которой в данный момент времени вектор скорости жидкости совпадает направлением касательной к этой точке. При установившемся движении линия тока и траектория частицы совпадают.

46. Уменьшение сопротивления малыми добавками.

Использование полимерных добавок и добавок поверхностно-активных веществ (ПАВ). В технологических установках обычно реализуется турбулентный режим течения жидкости по трубопроводам. В этом случае воздействие молекулярной вязкости  сказывается не во всей толщине турбулентного потока, а в ламинарном подслое и переходной зоне, т.е. в небольшой внутренней части потока, непосредственно прилегающей к поверхности тела. В этих зонах, как известно, происходит наибольшее изменение скорости потока; в турбулентном ядре потока скорость меняется незначительно (по логарифмическому закону).

Как показывают эксперименты, добавка малых доз полимера или ПАВ в турбулентный поток жидкости существенно (до 60–80 ) снижает гидродинамическое сопротивление. Действие добавок при снижении проявляется в увеличении толщины ламинарного подслоя и промежуточной зоны. Макромолекулы, попадая в область больших градиентов скорости, которые имеют место в пристенной области, выпрямляются по направлению течения и создают анизотропию вязкости, увеличивая поперечную составляющую по сравнению с продольной: Увеличение вязкости в непосредственной близости от стенки приводит к утолщению ламинарного подслоя.

Для снижения в магистральных нефтепроводах рекомендуется использование асфальтенов и смол – продуктов, получаемых после переработки нефти. Добавки ПАВ дают эффект поменьше. Но у ПАВ имеется своё преимущество – если полимеры при длительном использовании подвергаются механической деструкции (разрыв макромолекулы на части) и теряют свои свойства, то для ПАВ эффект снижения довольно стабилен по длине трубопровода. Оптимальная концентрация ПАВ для снижения ~ 0,1 .