2. Вопросы без вывода

1. Закон внутреннего трения Ньютона, приведите его вид с необходимыми пояснениями. Динамический и кинематический коэффициенты вязкости.

При движении реальной жидкости в ней возникают силы внутреннего трения, отказывающие сопротивление движению. Силы возникают между слоями жидкости при их движении друг относительно друга. Напряжения сдвига возникают между любыми слоями и описываются законом внутреннего трения Ньютона

Экспериментально установлено, что для многих жидкостей величина касательных напряжений сил трения в данной точке элемента поверхности, разграничивающего два перемещающихся слоя жид кости, пропорциональна градиенту скорости . Коэффициент пропорциональности – коэффициент внутреннего трения (динамической вязкости) . Знак «–» необходим для того, чтобы уравнение отвечало противонаправленности вектора скорости и сил трения.

Коэффициент динамической вязкости

где – сила сопротивления сдвигу, – расстояние, – площадь поверхности, – скорость.

Коэффициент кинематический вязкости

где – плотность.

20. Что такое гидравлический радиус и эквивалентный диаметр? Расчет эквивалентного диаметра в канале с некруглым поперечным сечением. Приведите примеры.

При движении жидкостей по каналам произвольной формы, сечение которых отлично от круга, в качестве определяющего линейного размера принимается приведенная величина, которую называют гидравлическим радиусом канала, равную отношению площади поперечного сечения потока к смоченному периметру :

Для круглой трубы при сплошном ее заполнении жидкостью:

Диаметр, выраженный через гидравлический радиус – эквивалентный диаметр:

Таблица 2.1 – Эквивалентный диаметр каналов различных сечений

Круглое сечение
Кольцевое поперечное сечение
Прямоугольное сечение – стороны прямоугольника)
Квадратное сечение

21. Охарактеризуйте ламинарное и турбулентное течения. Общие характеристики турбулентного течения. Изобразите, поясните и сопоставьте профили скоростей в трубопроводе при турбулентном и ламинарном режимах.

Ламинарное течение – упорядоченный режим течения вязкой жидкости, характеризующийся отсутствием перемешивания между слоями жидкости. Эпюра скоростей при ламинарном движении жидкости в трубопроводе круглого сечения представляет собой параболоид вращения, ось которого совпадает с геометрической осью трубы.

Рисунок 3.1 – Профиль распределения скоростей при ламинарном режиме течения

При высоких скоростях течения жидкости создаются условия, при которых течение перестает быть устойчивым, и под влиянием случайных возмущений образуются вихри, режим течения переходит в турбулентный. Эпюра скоростей турбулентного течения построена для значений скоростей осредненных во времени. Этому типу движения характерно выравнивание скоростей в ядре потока и резкое уменьшение скоростей вблизи стенки трубы в пограничном слое.

Рисунок 3.2 – Профиль распределения скоростей при турбулентном режиме течения

Принято считать, что в прямых круглых трубах критическое число равно . При значениях режим движения жидкостей и газов ламинарный, течение при называется неустойчивым турбулентным, при – развитым турбулентным.