Гидродинамика. Основные понятия Режимы движения жидкости
Существует два режима течения:
1. Ламинарный
2. Турбулентный
Различные течения можно проследить, если ввести в поток струйку подкрашенной жидкости (англ. ученый Рейнольдс).
Многочисленные опыты показали, что при небольших скоростях жидкости, частицы ее движутся параллельными слоями, не перемешиваясь один с другим. Это ламинарный режим.
При дальнейшем увеличении движения скорости частицы увеличиваются, и частицы начинают двигаться беспорядочно, причем эти направления все время изменяются, т.е. наступает турбулентный режим.
И Рейнольдс установил, что тот или иной режим течения можно охарактеризовать безразмерной зависимостью между скоростью движения жидкости, диаметром трубы, вязкостью и плотностью.
Re=Vdp/M - критерий Рейнольдса
Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит при критическом значении Re, которое равно Reкр = 2320.
Re<Re - ламинарный;
Re>Reкр - турбулентный;
Re>104 - развитый турбулентный режим.
Параметры потоков жидкости
Движение жидкости характеризуется определенными кинематическими и геометрическими переменными величинами и постоянными геометрическими параметрами.
Основная кинематическая величина движения жидкости - ее скорость;
Скорость движения является функцией координат пространства и времени.
Различают два вида движения жидкости: стационарное и нестационарное.
Стационарным называется такое движение жидкости, при котором скорость изменяется только в пространстве, но постоянна во времени.
Нестационарное движение - при котором скорость изменяется в пространстве и во времени.
Нестационарное движение имеет место в периодических процессах, а стационарное - в непрерывных.
Геометрическими характеристиками движения жидкости являются линии тока.
Линия тока - это касательная, проведенная к векторам скорости, соответствующим различным положениям движущейся частицы жидкости в пространстве.
Линией тока будет М1 М4, вдоль которой движутся частицы жидкости при стационарном движении.
U1
U2
U3
M2 M3 U4
M1 M4
Совокупность линий тока образует элементарную струйку, которая ограничена замкнутой поверхностью.
U
Элементарная струйка
dF
Совокупность элементарных струек образует поток жидкости.
2
F2
U2
1
F1
F 2
Поток жидкости
1
Одним из геометрических параметров потока жидкости служит площадь живого сечения, т.е. площадь поперечного сечения потока, проведенного нормалью к линиям тока (F1 и F2).
Другой геометрический параметр потока - гидравлический радиус Rr - отношение площади живого сечения потока к его смоченному периметру П, которым является линия соприкосновения живого сечения с твердыми стенками, ограничивающими поток:
Rr=F/П
Для течения в круглой трубе: Rr = d/4,
Rr = вН/(в + 2Н),
где в - ширина канала, Н - высота жидкости.
Для течения жидкости в аппаратах некруглого сечения вводят понятие эквивалентного диаметра:
dэкв = 4Rr = 4F/П,
здесь d - диаметр трубы.