1.2 Основи гідродинаміки

Під час вивчення даної теми необхідно ознайомитись із основними поняттями гідродинаміки: напірний і безнапірний потік, струмінь, живий переріз потоку, змочений периметр, гідравлічний радіус, витрата, середня швидкість потоку, рівномірним і нерівномірним видами рухів рідини.

Вивчити рівняння нерозривності потоку, розрахункову формулу визначення числа Рейнольдса, ламінарний і турбулентний режим руху рідини і рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини при усталеному русі.

Ознайомитись із практичним застосуванням рівняння Бернуллі: водоміром Вентурі, стволом – водоміром, трубкою Піто та принципом роботи струменевих насосів. Після ознайомлення із приладами для вимірювання витрат води опрацювати матеріал щодо проведення розрахунків витрат води за допомогою ствола водоміра та трубки Піто.

Ознайомитись із видами гідравлічних опорів в трубопроводах і трубопровідних мережах, поняттям гідравлічного удару в трубах і пожежних рукавах.

Опрацювати порядок проведення розрахунків втрат напору по довжині трубопроводу, на місцевих опорах і пожежних рукавах в залежності від фізичних властивостей рідини, швидкості руху, розмірів трубопроводу і шорсткості стінок труби.

Дана тема найкраще висвітлена у навчальному посібнику: Лаврівський З.В. Мандрус В.І. Технічна механіка рідин та газів. – Львів: Сполом, 2004. – С. 39-95. Також навчальний матеріал з даної теми можна знайти у підручнику: Качалов А.А. Воротынцев Ю.П. Власов А.П. Противопожарное водоснабжение. – Москва Стойиздат, 1985. – С. 22–36 .

Основні поняття:

Гідродинаміка – розділ гідравліки, який вивчає рух рідин.

Потоком рідини – називається сукупність елементарних струминок, які представляють собою безперервну масу частинок, які рухаються у визначеному напрямку з різними швидкостями.

Напірний потік – повністю обмежений по всьому периметру твердими стінками.

Безнапірний потік – обмежений твердими стінками не по всьому поперечному розтину, він має вільну поверхню. Рідина в безнапірному потоці переміщується тільки під дією сили ваги.

Струмені – представляють собою масу рідини, обмежену зі всіх боків рідким або газоподібним середовищем і рухаються під дією тиску або сили тяжіння.

Живим розтином потоку - називається його поперечний розтин ω, перпендикулярний напрямку руху.

Площу живого розтину напірних потоків в трубі і рукавах розраховують по формулі

ω = πr²= πd²/4 = 0,785d²

Змоченим периметром χ – називається лінія, по якій живий розтин потоку доторкається до твердих стінок, які його обмежують.

У водопровідній трубі, пожежному рукаві він дорівнює:

χ = 2 πr= πd

Гідравлічним радіусом R – називається відношення площі живого розтину ω до змоченого периметру χ.

R = ω/χ

Витратою Q – називається об’єм рідини, який протікає через живий розтин в одиницю часу.

Він дорівнює сумі витрат dq елементарних струмочків, які перетинають цей розтин.

Q = dq = vdω,

де v – швидкість руху струмочка, dω – живий розтин струмочка.

Середня швидкість потоку v – це відношення витрати Q до площі живого розтину ω, її визначають за формулою:

v = Q/ω.

Рівномірний – при якому середня швидкість в розтині і його площа по всій довжині потоку не змінюються.

Не рівномірний – коли має місце хоча б одне відхилення від прийнятих умов.

В результаті вивчення теми слухачі повинні

Знати :

• основні поняття і визначення гідродинаміки;

• рівняння нерозривності потоку;

• розрахункову формулу визначення числа Рейнольдса;

• рівняння Бернуллі для ідеальної і реальної рідини;

• види гідравлічних опорів в трубопроводах і трубопровідних мережах;

Вміти:

• провести розрахунок втрат напору по довжині трубопроводу, на місцевих опорах і пожежних рукавах в залежності від фізичних властивостей рідини, швидкості руху, розмірів трубопроводу і шорсткості стінок труби.

Питання для самоперевірки

1. Основні поняття і визначення руху рідини.

2. Рівняння Бернуллі для елементарного струменя ідеальної рідини.

3. Рівняння нерозривності потоку рідини.

4. Рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини.

5. Режими руху реальної рідини.

6. Епюри швидкостей при різних режимах.

7. Параметри потоку рідини.

8. Види гідравлічних опорів.

9. Втрати напору по довжині трубопроводу.

10. Визначення втрат напору в пожежних рукавах.

11. Місцеві опори.

12. Потрібний напір для трубопроводу.

Література:

1. Лаврівський З.В. Мандрус В.І. Технічна механіка рідин та газів. – Львів: Сполом, 2004.

2. Качалов А.А. Воротынцев Ю.П. Власов А.П. Противопожарное водоснабжение. – Москва Стойиздат, 1985.