Виды движения

По признаку зависимости движения жидкости от времени оно может быть неустановившимся или установившемся. Неустановившееся (нестационарное) движение - это движение при котором поле скоростей изменяется во времени; в этом случае скорость частиц жидкости, проходящих через определенную точку пространства, изменяется во времени . При этом частные производныене равны нулю.

Установившимся (стационарным) движение будет в том случае, если поле скоростей не изменяется во времени, т.е. скорость частиц жидкости, проходящих через определенные точки пространства, постоянны во времени . При этом частные производныеравны нулю.

В общем случае движение элементарного объема жидкости является суммой поступательного, вращательного и деформационного движений. Последнее обусловлено изменением формы объема жидкости.

Учет всех этих факторов практически невозможен. Поэтому в гидравлике рассматривают в основном два вида движения – поступательное и вращательное (вихревое).

Для описания поступательного движения по способу Эйлера вводятся понятия: линия тока, трубка тока, элементарная струйка.

Линия тока – линия в каждой точке которой в данный момент времени вектор скорости жидкости совпадает с касательной к этой линии. В установившемся движении линия тока является траекторией частицы жидкости.

Трубка тока – поверхность, образованная линиями тока, проведенными в данный момент времени через все точки бесконечно малого замкнутого контура, нормального к линиям тока и находящегося в области, занятой жидкостью.

Элементарная струйка – часть движущейся жидкости, ограниченная трубкой тока.

Элементарная струйка обладает рядом важных свойств:

• частицы жидкости не выходят из струйки и не входят в нее через боковую поверхности; это объясняется тем, что боковая поверхность струйки образована линиями тока, а следовательно, в любой точке векторы скоростей направлены по касательным;

• скорости частиц во всех точках одного и того же поперечного сечения струйки одинаковы, что объясняется малостью поперечного сечения;

• при установившемся движении форма струйки остается неизменной во времени.

Движению жидкости часто сопутствуетвихревое движение, вызванное вращением элементарного объема. Угловая скорость вращения ω элементарного объема жидкости называется вихрем, а линия, касательная во всех точках к векторам вихря ω, вихревой линией. Поверхность, образованная вихревыми линиями, проведенными через все точки элементарного замкнутого контура, называют вихревой трубкой, а жидкость, заключенную внутри вихревой трубки, - вихревой нитью – шнуром.

Расчетным вихрем является вектор угловой скорости вращения частиц относительно мгновенной оси. Физический вихрь – группа частиц, вращающихся как твердое тело вокруг некоторой мгновенной оси.

Мгновенная ось вращения может быть неподвижной или перемещающейся в пространстве. Перемещающиеся вихри наблюдаются сзади какого либо тела, движущегося в жидкости в виде какого-либо тела, движущегося в жидкости, в виде колец дыма и пара, выходящих из труб. В природе они часто встречаются в виде смерчей. Изучение перемещающихся вихрей имеет большое значение при конструировании и исследовании лопастных машин, самолетов и при транспортировании жидкостью твердых тел.

В зависимости от характера изменения скорости по длине пространства, заполненного жидкостью, установившееся движение может быть равномерным, при котором скорость по длине остается постоянной; неравномерным, если скорость меняется по величине и (или) направлению; плавно изменяющимся, если скорость по длине и изменяется, но это изменение происходит плавно.