Потоки равномерные и неравномерные, напорные и безнапорные

Равномерным движением называется такое, при котором распределение основных параметров (скоростей и т.д.) по сечению не изменяется вдоль потока. Будет равномерным, например, движение жидкости в трубе одинакового по длине диаметра (рис.6.3, а).

а б

Рис. 6.3

Неравномерным движением называется такое, при котором распределение основных параметров (скоростей, давлений и т.д.) по сечению изменяется вдоль потока. Примерами может служить течение в сужающейся (рис.6.3, б) или в расширяющейся (рис.6.4) трубах.

Взависимости от природы действующих сил и общих условий движения, различают напорные и безнапорные потоки.

Напорным движением называется такое, которое происходит под действием давления, обычно больше атмосферного, сообщаемого каким-либо внешним источником (насосом, напорным резервуаром). Как правило, напорный поток капельной жидкости заполняет се- Рис. 6.4

чение трубы полностью. Типичным примером напорного потока является течение воды в водопроводной трубе.

Безнапорным движением называется такое, при котором жидкость перемещается под действием силы тяжести; оно характеризуется наличием у потока свободной поверхности. Примерами безнапорного движения являются: течение воды в реках, каналах, канализационных трубах.

Элементы потока

Живым сечениемпотока называется поперечное сечение, нормальное к направлению движения струек. Например, при напорном движении в круглой трубе (рис.6.5); в открытом прямоугольном канале (рис.6.6).

S=S = b · h

χ=πd χ = 2h+b

R = R =

Рис.6.5 Рис.6.6

Площадь живого сечения обозначается S.

Смоченным периметром называется линия соприкосновения жидкости со стенками потока в данном живом сечении; его длина обозначается через χ.

Гидравлическим радиусом R называется отношение площади живого сечения к ее смоченному периметру.

R = . (6.1)

6.2. Уравнение неразрывности для потока

Один из фундаментальных законов природы – закон сохранения массы, является основным и в гидравлике. Для его вывода представим установившийся поток жидкости в напорном или открытом канале и выберем произвольно два сечения 1-1 и 2-2, (рис.6.7). Допустим, что через сечение 1 за каждую единицу времени протекает масса жидкости М, тогда необходимо принять, что за ту же единицу времени через сечение 2 будет протекать точно такая же масса М жидкости. Это необходимо допустить в соответствии со здравым смыслом, в противном случае между этими сечениями жидкость будет или исчезать или Рис.6.7 накапливаться, что по закону сохранения массы невозможно, поэтомуМ=const. Массу М можно представить как произведение объема жидкости, проходящей через любое сечение за единицу времени на ее плотность. Обозначим объем жидкости, прошедшей через поперечное сечение потока за единицу времени Q, тогда

M = Q·ρ = const. (6.2)