3-Gidrodinamika
.pdf
Тема 3. Основы гидродинамики
Гидродинамика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и ее взаимодействие с неподвижными и подвижными поверхностями
1
Основные понятия и определения
1 Виды жидкости
Вгидравлике рассматриваются две модели движения жидкости : реальная (вязкая) и идеальная.
Видеальной жидкости в отличие от реальной жидкости:
-отсутствует вязкость, т.е. нет напряжений трения;
-отсутствуют потери энергии любого рода;
-идеальная жидкость абсолютно несжимаема.
В зависимости от решаемой задачи движение одной и той же жидкости может рассчитываться как по модели идеальной жидкости, так и по модели реальной (вязкой) жидкости.
2
Основные понятия и определения
2. Течение жидкости может быть установившимся и неустановившимся.
Установившимся
движением называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени.
Движение, при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени, называется
неустановившимся (нестационарным ).
p,V f ( x,y,z ) |
|
p,V f ( x,y,z,t ) |
|
|
|
3
Основные понятия и определения
3.Траектория - линия в пространстве, которую описывает каждая точка движущейся жидкости. При установившемся движении неизменна.
4.Линия тока - кривая, в каждой точке которой вектор скорости направлен по касательной к ней для каждого момента времени .
При установившемся движении совпадает с траекторией.
1 |
2 |
3 |
i |
4 |
4
Основные понятия и определения
4.Трубка тока - трубчатая поверхность, образуемая линиями тока с бесконечно малым поперечным сечением.
5.Часть потока, заключенная внутри трубки тока , называется элементарной струйкой
Трубка тока
Линия тока |
dS 0 |
5
Основные понятия и определения
При установившемся движении элементарная струйка обладает следующими свойствами:
во всех точках данного поперечного сечения скорость можно считать одинаковой;
соседние элементарные струйки не пересекаются и не перемешиваются;
ни одна частица жидкости не может покинуть свою элементарную струйку;
с течением времени форма элементарной струйки не изменяется.
6
Основные понятия и определения
6. Поток жидкости - вся совокупность элементарных струек, протекающих по данному каналу. Бывают одномерные, двумерные (плоские) и трехмерные.
Потоки делятся на напорные и безнапорные.
Напорные потоки возникают при движении жидкости в условиях повышенного (пониженного) давления в закрытых руслах без свободной поверхности, например, в трубопроводах. Безнапорный поток - течение со свободной поверхностью, которое наблюдается в открытых руслах, имеющих уклон (реки, открытые каналы,
лотки и т.п.). |
7 |
Основные понятия и определения
7. Живое сечение потока ω (м²) - площадь поперечного сечения потока, перпендикулярная к направлению течения.
Труба |
Клапан |
8
Основные понятия и определения
8. Смоченный периметр П (или - хи) - часть периметра живого сечения, ограниченная твердыми стенками (выделен утолщенной линией).
Для круглой трубы
П D ( рад) D ( рад) D
2 2 360
Смоченный
периметр
9. Гидравлический радиус потока R - отношение живого сечения к смоченному периметру
R , м
П
9
Расход жидкости и его виды
Расход - количество жидкости , протекающей через живое сечение за единицу времени.
Виды расхода:
1. |
Объемный расход, м3/с |
|
|
|
|
|
Q |
V |
; |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
(л/с, м3/час) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2. |
Массовый расход, кг/с |
Q |
|
|
m |
|
|
V |
Q; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
ρgV |
||||||||
3. |
Весовой расход, Н/с |
QG = |
|
|
= |
|
|
|
|
= ρgQ= gQm ; |
|||||||
t |
|
t |
|
|
|||||||||||||
4. |
Для элементарной струйки |
|
|
|
|
dQ |
|
, dQ m , dQ G |
|||||||||
10