Гидромеханика – раздел механики, в котором изучается движение и равновесие практически несжимаемых жидкостей; подразделяется на гидродинамику и гидростатику.

Гидромуфта – гидродинамическая передача - механизм, передающий вращательное движение от ведущего вала к ведомому. Состоит из центробежного насоса и гидротурбины, лопаточные колеса которых сближены и образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. Служит для передачи крутящего момента без его изменения (потери в гидромуфте не учитываются). Применяется в приводах буровых установок, питательных насосов и дымососов теплоэнергоцентралей и др.

Гидромеханика – раздел механики, в котором изучается движение и равновесие практически несжимаемых жидкостей; подразделяется на гидродинамику и гидростатику.

Гидромуфта – гидродинамическая передача - механизм, передающий вращательное движение от ведущего вала к ведомому. Состоит из центробежного насоса и гидротурбины, лопаточные колеса которых сближены и образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. Служит для передачи крутящего момента без его изменения (потери в гидромуфте не учитываются). Применяется в приводах буровых установок, питательных насосов и дымососов теплоэнергоцентралей и др.

Гидростатика – раздел гидроаэромеханики, в котором изучается равновесие несжимаемых (капельных) жидкостей. и воздействие покоящейся жидкости на погруженные в неё тела.

Гидростатический закон распределения давления:

где - расстояние, отсчитываемое от плоскости сравнения- давление в точке,- плотность жидкости,- ускорение свободного падения. Если рассматривается абсолютное давление в точке, то постоянную называютгидростатическим напором :

Если рассматривается избыточное давление в точке, то постоянную называют пьезометрическим напором :

Гидростатический парадокс - явление, заключающееся в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, с которой эта жидкость действует на дно сосуда. В расширяющихся кверху сосудах сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся – больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Гидростатический парадокс объясняется тем, что гидростатическое давление всегда нормально к стенкам сосуда, поэтому сила давления на наклонённые стенки имеет вертикальную составляющую, направленную вверх в расширяющемся сосуде или вниз – в сужающемся.

Гидростатическое давление - давление, вызываемое весом жидкости. Гидростатическое давление измеряется высотой столба воды в единицах длины или в атмосферах; зависит от координат точки, в которой оно измеряется. В однородной несжимаемой жидкости гидростатическое давление возрастает с глубиной по линейному закону: где– плотность жидкости,– глубина, отсчитываемая от поверхности,– ускорение свободного падения.

Гиперзвуковое течение – течение газа с большой сверхзвуковой скоростью, при котором скорости частиц газа во много раз (обычно, более чем в 5 раз) превышают скорость звука в нем. При гиперзвуковом течении кинетическая энергия поступательного движения частицы газа намного превосходит её внутреннюю тепловую энергию.

Гомогенная система – термодинамическая система, все равновесные параметры которой (например, плотность, давление) непрерывно изменяются в пространстве или постоянны. В гомогенной системе отсутствуют поверхности раздела, таким образом, она является однофазной, но может быть многокомпонентной.

Граничные и начальные условия – в теории дифференциальных уравнений – дополнение к основному дифференциальному уравнению (обыкновенному или в частных производных), задающее его поведение в начальный момент времени или на границе рассматриваемой области соответственно. Обычно дифференциальное уравнение имеет не одно решение, а целое их семейство. Начальные и граничные условия позволяют выбрать из него одно, соответствующее реальному физическому процессу или явлению.

Гюгонио уравнение – см. Уравнение Гюгонио.

Д

Давление - физическая скалярная величина, характеризующая напряженное состояние сплошной среды. Давлением в данной точке вязкой жидкости называется среднее значение нормальных напряжений сжатия, действующих на поверхности сферы с центром в рассматриваемой точке, при стремлении радиуса сферы к нулю, т.е.

.

Давление направлено по нормали к площадке, его величина не зависит от ориентации площадки в пространстве и является функцией координат точек жидкости и времени =(x,y,z,t). В случае равновесия произвольной и движения идеальной жидкости давление равно взятой с обратным знаком величине нормального напряжения на произвольно ориентированной в данной точке площадке: . В покоящейся жидкости это давление называется гидростатическим, в движущейся – гидродинамическим. Средняя величина давления на какую-либо площадку равна отношению среднего значения действующей перпендикулярно площадке силы к площади этой площадки. При движении вязкой жидкости давление равно взятому с обратным знаком среднему арифметическому трех нормальных напряжений на взаимно перпендикулярных площадках в данной точке среды:

т.е. в данном случае давление представляет собой скаляр, равный одной трети линейного инварианта тензора напряжений (см. – Тензор напряжений).

Единицей измерения давления в СИ является Паскаль: 1 Па = 1Н/м². Допускается применение внесистемных единиц: техническая атмосфера – 1 ат = 1 кгс/см²= = 9,81∙10⁴ Па; физическая атмосфера – 1 атм= 760 мм рт. ст.= 1,01∙10⁵ Па; 1 мм рт. ст. (1 торр) = 133,322 Па; 1 мм водяного столба = 9,81 Па.

Давление абсолютное – давление, отсчитанное от состояния жидкости, при котором напряжения сжатия отсутствуют, т.е. при котором Согласно основной формуле гидростатикигде- абсолютное давление в данной точке жидкости;- давление на свободной поверхности жидкости; - плотность жидкости; - ускорение свободного падения; - расстояние от свободной поверхности до данной точки (глубина).

Давление в термодинамике – термодинамический параметр P, определяющий элементарную работу dA = PdV, совершаемую системой при медленном (квазистатическом) изменении её объема V, вызванного перемещением внешних тел.

Давление вакууметрическое – разница между атмосферным давлением и давлением в данной точке (если оно ниже атмосферного):

Давление избыточное (или манометрическое) – разница между абсолютным давлением в данной точке (если оно больше атмосферного) и атмосферным давлением:

Двухфазное течение – течение гетерогенных смесей: смеси газа с каплями жидкости или твёрдыми частицами (газовзвесь), смеси жидкости с твёрдыми частицами (суспензия), смеси жидкости с каплями другой жидкости (эмульсия) и т.п. Двухфазное течение может сопровождаться фазовыми превращениями – конденсацией и испарением, плавлением, кипением и кристаллизацией.

Детонация – распространение в пространстве химического превращения, сопровождающегося выделением теплоты, с постоянной скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и зоны химического превращения. Ударная волна сжимает и нагревает вещество, вызывая в нём химические превращения. Теплота, выделяющаяся в результате реакции, поддерживает ударную волну, не давая ей затухать. При этом обеспечивается стационарный режим волны детонации с постоянной скоростью. Скорость детонационных волн достигает 1 – 3 км/с в газовых смесях, а давление на фронте распространяющихся в них детонационных волн достигает 1 – 5 МПа. Скорость детонации в газе зависит от теплоты химического превращенияи показателя адиабаты:

Джоуля-Томсона эффект – изменение температуры газа при стационарном адиабатическом протекании его через пористую перегородку. Если при протекании газа через пористую перегородку температура убывает, эффект называется положительным, если возрастает – отрицательным. В процессе Джоуля – Томсона энтальпия газа остается постоянной, а энтропия возрастает. Из условия постоянства энтальпии следует, что изменение температуры на единицу давления (дифференциальный эффект Джоуля – Томсона) равно где – теплоёмкость при постоянном давлении. Для идеального газа эффект Джоуля – Томсона всегда равен нулю. Для реальных газов его знак зависит от знака выражения который определяется уравнением состояния. Для реального газа изменение температуры при адиабатическом дросселировании определяется формулой где и – конечная и начальная температуры соответственно, – начальный объём газа, и – поправки Ван-дер-Ваальса, – универсальная газовая постоянная, – теплоёмкость при постоянном объёме, т.е. знак разности температур зависит от начального объёма и начальной температуры Эффект Джоуля –Томсона – один из способов получения низких температур.

Диафрагма (от греч. διάφραγμα — перегородка) — стальная перегородка внутри трубы с жидкостью или газом с круглым отверстием в центре. Для измерения расхода жидкости через трубопроводы широкое распространение получили мерные диафрагмы (шайбы). При протеканиии жидкости через диафрагму струя сжимается, корость в ней растёт, давление падает. Связь между падением давления в струе и расходом без учёта потерь для несжимаемой жидкости можно найти из рассмотрения уравнения Бернулли и уравнения неразрывности для двух сечений 1 – перед диафрагмой и 2 – за ней:

где – плотность жидкости,– площадь поперечного сечения трубы,– площадь поперечного сечения струи за диафрагмой,и– скорости жидкости в сечении 1 перед диафрагмой и в струе в сечении 2 за диафрагмой соответственно. Выражение для расходаимеет вид:

(кг/с),

где – площадь отверстия в диафрагме,– коэффициент сжатия струи. С учётом потерь в местном сопротивлении формула примет вид

где – коэффициент потерь в местном сопротивлении (диафрагме).

Диссипативная функция (функция рассеяния) – функция, вводимая для учёта перехода энергии упорядоченного движения в энергию неупорядоченного движения, в конечном счёте – в тепловую, например, для учета влияния сил вязкого трения на движение жидкости. Диссипативная функция характеризует степень убывания механической энергии жидкости или газа. Диссипативная функция показывает, какая часть механической энергии, расходуемой на преодоление сил трения, превращается в тепло, т.е. диссипируется. Часть мощности, затрачиваемой на преодоление сил трения, не переходит в теплоту. Для вязкой сжимаемой жидкости диссипативная функция имеет вид

где – проекции вектора скоростина оси координатсоответственно. Для несжимаемой жидкости последний член в этом выражении равен нулю. Механическая энергия, диссипированная в единице объёма в единицу времени (диссипированная мощность),где– коэффициент динамической вязкости.

Диссипация энергии – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущейся жидкости) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте – в теплоту.

Диффузия [от лат. diffusio – распространение, растекание, рассеивание] – неравновесный процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением и приводящий к установлению равновесного распределения концентраций внутри фаз. Диффузия – частный случай явлений переноса, относится к явлениям массопереноса. Диффузия – необратимый процесс, один из источников диссипации энергии в системе. Диффузия приводит к тому, что примеси в жидкости или газе распространяются от места их введения по всему объему. Явление диффузии в одномерном случае в двухкомпонентной системе описывается законом Фика: где – масса первого компонента, которая переносится за время через элементарную площадку в направлении оси в сторону убывания плотности первого компонента, – градиент плотности, – коэффициент диффузии. В газах диффузия определяется средней длиной свободного пробега молекул, которая значительно больше среднего расстояния между ними. Коэффициент диффузии для газа равен где – средняя скорость теплового движения молекул.

Диффузор – участок трубопровода (проточного канала), в котором происходит торможение потока жидкости или газа. Вследствие падения средней скорости давлениев направлении течения растёт и кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную. Преобразование энергии в диффузоре сопровождается возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. Потерянная часть кинетической энергии потока затрачивается на образование и затухание вихрей, работу против силы трения и необратимо переходит в теплоту.

В случае несжимаемой жидкости, а также при дозвуковой скорости газа на входе в диффузор, площадь поперечного сечения канала в силу уравнения неразрывности должна увеличиваться в направлении течения; поэтому дозвуковой диффузор имеет форму расходящегося канала. В пограничном слое под действием вязкости скорость жидкости быстро убывает, обращаясь в ноль на стенке диффузора. Кинетическая энергия в пограничном слое меньше, чем в остальной части потока, а статическое давление в данном поперечном сечении практически постоянно. Так как средняя скорость потока по длине диффузора падает, а давление растет, то в сечении, расположенном на некотором расстоянии от входа в диффузор, кинетическая энергия потока вблизи стенки становится недостаточной для перемещения жидкости против сил давления, возрастающих в направлении течения. В результате около стенки диффузора начинается отрыв потока от стенки и возникает возвратное течение с образованием области циркуляционного движения. Поверхность раздела между оторвавшимся от стенки и основным потоками неустойчива, она периодически свертывается в вихри, которые сносятся вниз по потоку. Место расположения отрыва в диффузоре зависит от толщины пограничного слоя, градиента давления, определяемого формой диффузора, от профиля скорости и степени турбулентности потока перед входом в диффузор.

Потери в дозвуковом диффузоре представля-ют в виде суммы потерь на трениеи потерь на расширение: =+.

Потери на трение в диффузоре определяются по формуле:

где - коэффициент гидравлического трения; - угол раскрытия диффузора; - средняя скорость течения на входе в диффузор; – отношение площадей поперечных сечений на выходе и входе в диффузор.

Потери на расширение (вихреобразование) определяются по формуле:

где - коэффициент полноты удара, зависит от угла раскрытия диффузора. При углах раскрытия диффузора в диапазоне5 ÷ 20° =. Оптимальный угол раскрытия диффузораопределяется по формуле:

При сверхзвуковой скорости газа на входе в диффузор он имеет форму сходящегося или цилиндрического канала, в котором после торможения средняя скорость становится дозвуковой. Дальнейшее торможение осуществляется в расходящемся дозвуковом диффузоре, присоединенном к сверхзвуковому. В случае сверхзвуковой скорости на входе в диффузор торможение осуществляется в ударных волнах, взаимодействующих между собой и отражающихся от стенок диффузора. Давление в потоке после ударной волны резко увеличивается, в местах отражения ударных волн от стенок может происходить отрыв пограничного слоя.

Длина свободного пробега (средняя) – среднее расстояние, которое проходит частица между двумя последовательными столкновениями с другими частицами. В кинетической теории газов средняя длина свободного пробега молекулы где – эффективный диаметр молекулы, – концентрация молекул.

Дозвуковое течение газа – течение, при котором во всей рассматриваемой области скорость движения среды меньше местной скорости распространения звукаЕсли во всей области течения<<, то при описании течения можно пренебречь сжимаемостью среды.

Дросселирование – понижение давления в потоке жидкости, газа или пара при прохождении его через дроссель – местное гидродинамическое сопротивление (сужение трубопровода, вентиль, кран); наблюдается в условиях, когда поток не совершает внешней работы и нет теплообмена с окружающей средой. При дросселировании реальных газов наблюдается эффект Джоуля – Томсона. Дросселирование применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей и газов.

Ж

Живое сечение потока жидкости – поверхность, являющаяся геометрическим местом частиц жидкости, скорости которых перпендикулярны к соответствующим элементам поверхности. Для установившегося течения жидкости в заполненной гладкой трубе живое сечение потока задается плоскостью, перпендикулярной оси трубы и ограниченной внутренней поверхностью трубы.

Жидкость – агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. В механике жидкости и газа – тело, обладающее несжимаемостью, текучестью и подвижностью; способное изменять свою форму под воздействием внешних сил и температурных изменений. Область существования жидкости ограничена со стороны низких температур фазовым переходом в твердое состояние (кристаллизация), а со стороны высоких температур – в газообразное (испарение). В жидкостях наблюдается ближний порядок - упорядоченное относительное расположение соседних частиц жидкости внутри малых её объёмов. В жидкостях средняя энергия взаимодействия молекул сравнима с их средней кинетической энергией, что определяет особенности жидкости и промежуточный характер теплового движения частиц жидкости. Молекулы жидкости совершают нерегулярные тепловые колебания около положений равновесия с частотой, близкой к частотам колебаний частиц в кристаллах. В отличие от кристаллов, положения равновесия в жидкости временны, неустойчивы. Молекулы в жидкости перемещаются путём скачков с преодолением потенциального барьера, разделяющего два возможных положения молекул. По истечении времени эти положения равновесия смещаются. Продолжительность времени оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия с ростом температуры уменьшается. Непрерывно совершающиеся переходы из одного положения равновесия в другое обусловливают основное свойство жидкости – её текучесть. Под действием постоянной внешней силы проявляется преимущественная направленность скачков частиц жидкости вдоль действия силы, т.е. возникает поток частиц в этом направлении.

Жуковского теорема – см. Теорема Жуковского.

З

Задача Дирихле – задача отыскания регулярного в области решения эллиптического уравнения 2-го порядка, принимающего наперед заданные значения на границе области, также называют первой краевой задачей. В гидромеханике – нахождение функции тока для плоского потенциального течения несжимаемой жидкости.

Задача Неймана, или вторая краевая задача – в дифференциальных уравнениях краевая задача о нахождении решения уравнения Лапласа с заданными условиями для производной искомой функции на границе области – так называемые граничные условия второго рода. В гидромеханике – нахождение потенциала скорости для плоского течения несжимаемой жидкости.

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, численно равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная вертикально вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема. Выталкивающую силу называют также архимедовой или гидростатической подъёмной силой. Закон Архимеда – основа теории плавания тел.

Закон вязкого трения Ньютона – эмпирическая формула, выражающая пропорциональность напряжения трения между двумя слоями прямолинейно движущейся вязкой жидкости относительной скорости скольжения этих слоёв, т.е. отнесённому к единице длины изменению скорости по нормали к направлению движения. Предложена И.Ньютоном в 1687 г. В соответствии с этим законом напряжение трения , действующее на поверхности элементарного объема жидкости или газа, пропорционально градиенту скоростигде- составляющая скорости жидкости вдоль поверхности, а- координата, нормальная к поверхности:Коэффициент пропорциональностиназывается коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости (иногда просто вязкостью).

Закон Дальтона - физический закон, согласно которому давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов.

Закон Паскаля - основной закон гидростатики, в соответствии с которым давление на поверхности жидкости, произведенное внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях. На основе закона Паскаля работают гидравлические устройства, тормозные системы автомобилей, домкраты, прессы и т.п.

Закон сохранения импульса – закон механики, в соответствии с которым векторная сумма импульсов тел замкнутой системы остается постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой. Импульс может только перераспределяться между телами системы в результате их взаимодействия. В механике этот закон выводится из законов Ньютона. За пределами механики закон сохранения импульса нужно рассматривать как самостоятельный опытный принцип, не сводящийся к законам Ньютона. Закон сохранения импульса есть следствие однородности пространства.

Закон сохранения момента импульса – один из фундаментальных законов природы: момент импульса замкнутой механической системы относительно любой неподвижной точки не изменяется с течением времени; является следствием изотропности пространства. Для незамкнутой системы: если момент внешних сил относительно оси вращения равен нулю, то момент импульса системы относительно той же оси остаётся неизменным с течением времени.

Закон сохранения механической энергии – полная механическая энергия замкнутой системы, в которой отсутствуют диссипативные силы, остаётся неизменной (сохраняется) с течением времени; является следствием однородности времени.

Закон сохранения энергии – один из наиболее фундаментальных законов природы: полная энергия изолированной системы тел остаётся неизменной с течением времени (сохраняется) при любых взаимодействиях между телами; при этом она может переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии является строгим законом природы, справедливым для всех известных взаимодействий. Он связан с однородностью времени.

Замкнутая (изолированная) система в термодинамике – термодинамическая система, находящаяся в состоянии адиабатической изоляции от окружающей среды, что исключает обмен системы с окружающей средой энергией и веществом.

И

Идеализированная модель физического тела - в физике - абстрактный объект, являющийся моделью реального объекта и обладающий некоторыми физическими свойствами реального объекта, существенными для определенного круга задач.

Модели такого рода позволяют изучать реальные объекты; формулировать физические законы и создавать физические теории.

Идеальный газ – см. Газ идеальный.

Идеальная жидкость – воображаемая жидкость, лишенная вязкости и теплопроводности; в ней отсутствует внутреннее трение, т.е. нет касательных напряжений между двумя соседними слоями, она внутренне непрерывна и не имеет структуры. Идеальная жидкость является физической моделью реальных жидкостей. Такая модель дает хорошее описание реальных течений жидкостей и газов на достаточном удалении от омываемых твердых поверхностей и поверхностей раздела с неподвижной средой.

Изобара – линия на диаграмме состояния, изображающая процесс при постоянном давлении (изобарный процесс).

Изобарный (изобарический) процесс – [от греч. isos – равный и báros – тяжесть] – термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении; на термодинамической диаграмме изображается изобарой. Для идеального газа при изобарном процессе объём пропорционален температуре. – (См. Гей-Люссака закон).

Изолированная термодинамическая система - термодинамическая система, которая не обменивается с внешней средой энергией и веществом.

Изотерма – линия на диаграмме состояния, изображающая изотермический процесс.

Изотермический процесс – термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянной температуре; на термодинамической диаграмме изображается изотермой. В идеальном газе при изотермическом процессе давление обратно пропорционально объёму. – (См. Бойля-Мариотта закон).

Изохора – линия на диаграмме состояния, изображающая процесс, происходящий при постоянном объёме (изохорный процесс).

Изохорный (изохорический) процесс [от греч. isos – равный, одинаковый и chóra – пространство] – термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном объеме; на термодинамической диаграмме изображается изохорой. В идеальном газе при изохорическом процессе давление пропорционально температуре. – (См. Шарля закон).

Изоэнтальпийный процесс – термодинамический процесс, происходящий при постоянной энтальпии; изображается на диаграмме состояния изоэнтальпой.

Изоэнтропийный процесс – термодинамический процесс, происходящий при постоянной энтропии системы; то же, что обратимый адиабатический процесс. На диаграмме состояния изображается изоэнтропой (адиабатой).

Индуктивное сопротивление – часть аэродинамического сопротивления крыла, обусловленная вихрями, оси которых берут начало на крыле и направлены вниз по потоку. Эти вихри (их называют свободными) происходят от перетекания воздуха у торцов крыла из области под крылом в область над крылом. В результате в следе за крылом происходит вращение частиц вокруг осей, проходящих через частицу и параллельных местному вектору скорости потока. Свободные вихри между торцами крыла индуцируют потоки, направленные вниз, которые, налагаясь на набегающий поток, отклоняют последний вниз на некоторый угол (угол скоса потока). Подъемная сила крыла, которая по теореме Жуковского о подъемной силе должна быть направлена перпендикулярно скорости набегающего потока, отклоняется от вертикали на тот же угол. Проекция этой силы на направление скорости набегающего потока представляет собой индуктивное лобовое сопротивление.

Интеграл Бернулли – интеграл уравнения Эйлера для идеальной несжимаемой жидкости; закон сохранения энергии, справедливый вдоль линии тока. Для стационарного течения он имеет вид

где – плотность, давление и скорость жидкости,– вертикальная координата, отсчитываемая от любой горизонтальной плоскости – плоскости сравнения,– ускорение силы тяжести,– постоянная, имеющая размерность давления и физический смысл полной удельной механической энергии единицы объёма жидкости. Левая часть уравнения представляет собой сумму различных видов энергии, приходящихся на единицу объёма жидкости:– удельная потенциальная энергия положения,– удельная потенциальная энергия объёмного действия давления,– удельная кинетическая энергия. Интеграл Бернулли можно представить в ещё в двух эквивалентных формах:

в расчёте на единицу массы

; (м/с)²;

в расчёте на единицу веса

м.

В последней форме интеграл Бернулли применяется обычно в гидравлике. Слагаемые в нём в этом случае носят названия:

– нивелирная высота;

– пьезометрическая высота;

– скоростная высота (скоростной напор);

постоянная – гидравлическая (полная) высота или полный напор.

Испарение – переход вещества из жидкого агрегатного состояния в газообразное (пар).

К

Кавитация – образование в капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков или каверн); нарушение непрерывности в текущей жидкости.

Кавитация наблюдается в тех местах, где давление жидкости становится ниже некоторого критического значения – давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Понижение давления может происходить вследствие больших местных скоростей в потоке движущейся жидкости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении звуковой волны большой интенсивности (акустическая кавитация). При перемещении с потоком в область повышенного давления пузырьки начинают с большой скоростью сокращаться (схлопываться). Схлопывание сопровождается звуковым импульсом – ударной волной. Кавитация часто наблюдается в местных гидравлических сопротивлениях, неблагоприятно сказывается на работе гидравлических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов.

Гидродинамическая кавитация характеризуется числом кавитации гдеи– давление и скорость набегающего потока,– давление насыщенного пара,– плотность жидкости. Если число кавитации<, то кавитация в данном месте происходит. Для местных гидравлических сопротивленийгде– коэффициент потерь в местном гидравлическом сопротивлении. Если известна величина , то можно определить максимальную скоростьнабегающего потока, при которой возникает кавитацияЕсли≤, кавитация отсутствует.

Замыкание кавитационных пузырьков вблизи поверхности обтекаемого тела приводит к разрушению поверхности в результате многократного воздействия на поверхность тела ударного давления, сопровождающего схлопывание кавитационных пузырьков. Это явление называется кавитационной эрозией. Кавитация также сопровождается шумом, вибрацией, ростом местных гидравлических потерь.

Капельные жидкости - вода, нефть, керосин и другие малосжимаемые жидкости, обладающие определенным объемом, величина которого практически не изменяется под воздействием внешних сил. Капельные жидкости не всегда заполняют предоставленный им объем, обычно они образуют ограниченную поверхность.

Капиллярное давление – разность давлений по обе стороны искривлённой поверхности раздела двух фаз (жидкость – пар или двух жидкостей), вызванная поверхностным натяжением и искривлением поверхности жидкости. Капиллярное давление – следствие действия сил поверхностного натяжения, которые направлены по касательной к поверхности, что приводит к появлению составляющей, направленной внутрь объёма контактирующих фаз. Величина капиллярного давления связана с поверхностным натяжением и радиусом средней кривизны поверхности жидкости уравнением Лапласа: где

и ─ давления в жидкости 1 и контактирующей с ней среде 2, ─ поверхностное натяжение на границе двух сред.

Капиллярные явления – физические явления, обусловленные поверхностным натяжением на границе раздела несмешивающихся сред; обычно явления в жидкостях, вызванные искривлением их поверхности, граничащей с другой жидкостью, газом или собственным паром. Искривление поверхности приводит к появлению в жидкости дополнительного капиллярного давления, создаваемого силами поверхностного натяжения. К капиллярным явлениям относится явление изменения высоты уровня жидкости в капилляре, опущенном одним концом в жидкость, по сравнению с уровнем свободной поверхности жидкости в сосуде. Искривление поверхности жидкости в капилляре происходит в результате её взаимодействия со стенками капилляра. Если жидкость смачивает стенки капилляра, то поверхность жидкости в капилляре вогнутая, давление под ней понижено по сравнению с давлением над поверхностью на величину (см. Капиллярное давление). Жидкость в капилляре поднимается на высоту Если жидкость не смачивает стенки, то её поверхность выпуклая давление под ней выше, чем над поверхностью, жидкость в капилляре опускается ниже уровня свободной поверхности в сосуде на величину . Капиллярное давление уравновешивается гидростатическим давлением жидкости: где ─ плотность жидкости, ─ ускорение силы тяжести. Высота поднятия (опускания) жидкости в капилляре определяется по формуле: где - коэффициент поверхностного натяжения на границе двух сред, - краевой угол, - радиус капилляра.

Кельвин (К) – единица термодинамической температуры, одна из основных в СИ. Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. 1 К=1˚С.

Кельвина шкала – термодинамическая температурная шкала, названная в честь лорда Кельвина (У.Томсона), предложившего принцип построения температурной шкалы на основе второго начала термодинамики. В Кельвина шкале за начало отсчета принят абсолютный нуль температур (‒ 273,15 ˚С). Единица отсчета – 1 Кельвин; 1 К = 1 ˚С.

Кинематическая вязкость (коэффициент кинематической вязкости) – отношение коэффициента динамической вязкости к плотности вещества. Единица измерения в СИ – м²/с.

Кинетическая энергия - мера механического движения тел, зависящая от скоростей их движения в заданной инерциальной системе отсчета. Кинетическая энергия является скалярной величиной, равной половине произведения массы тела на квадрат скорости его поступательного движения. Кинетическая энергия системы материальных точек равна сумме кинетических энергий всех материальных точек, из которых состоит система.

Кипение – процесс парообразования в жидкости, включающий рождение пузырьков пара, их рост, движение и взаимодействие; частный случай неравновесного фазового перехода первого рода. Кипение вызывается перегревом жидкости, состояние которой попадает в область выше линии равновесия жидкость – пар, или понижением давления ниже его значения на линии равновесия жидкость – пар.

Клапейрона – Менделеева уравнение – см. Уравнение Клапейрона – Менделеева.

Кнудсена число – см. Число Кнудсена.

Конденсация – переход вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое или твердое состояние. Конденсация происходит в условиях равновесия существующих фаз и является фазовым переходом первого рода.

Конфузор – (от лат. confundo – вливаю) – участок проточного канала в виде суживающейся трубы обычно круглого или прямоугольного сечения. В случае, когда течение жидкости или газа на входе в конфузор меньше местной скорости звука, давление при переходе от широкого входного к узкому выходному сечению падает, а скорость и, следовательно, кинетическая энергия потока возрастают. Конфузор представляет собой местное гидравлическое сопротивление. Основные потери в конфузоре – потери на трение. Они определяются по формуле: где – коэффициент гидравлического трения;– угол сужения конфузора;- степень сужения конфузора – отношение площади поперечного сечения канала на входе к площади на выходе из конфузора;– средняя скорость течения за конфузором;– ускорение силы тяжести. Если скорость течения на входе в конфузор превышает местную скорость звука, в нем происходит торможение потока, которое может приводить к образованию ударных волн.

Конус Маха – коническая поверхность, ограничивающая в сверхзвуковом потоке газа область, в которой сосредоточены звуковые волны (возмущения), исходящие из точечного источника возмущений. В однородном сверхзвуковом потоке газа угол α между образующими конуса Маха и его осью называется углом Маха; он связан с числом Маха M соотношением sin α = 1/M. Поверхность конуса Маха является огибающей системы звуковых волн, распространяющихся от источника возмущений.

Коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса) – выражает отношение истинного потока кинетической энергии жидкости, соответствующего неравномерному распределению скоростей в сечении, к потоку кинетической энергии, вычисленному по средней скорости:

α =

где c – истинное значение скорости жидкости, c_ср - средняя скорость по сечению, S – площадь поперечного сечения потока. Коэффициент зависит от формы эпюры скорости по сечению. Для развитого ламинарного течения в круглой цилиндрической трубе α = 2, для турбулентного – α = 1,1.

Коэффициент количества движения (коэффициент Буссинеска) α₀ – отношение потока количества движения жидкости через сечение , вычисленного с учётом неравномерного распределения скоростейпо сечению, к потоку количества движения, вычисленного по средней скорости_ср: α₀ Можно показать, что 1 ≤α₀ ≤ α, где α – коэффициент кинетической энергии.

Краевой угол – угол, образуемый поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к поверхности жидкости, граничащей с твердым телом. Равновесное значение краевого угла определяется значениями коэффициента поверхностного натяжения на границе соприкасающихся фаз.

Критерии подобия – безразмерные числа, составленные из размерных физических параметров, определяющих рассматриваемые физические явления. Равенство всех однотипных критериев подобия для двух физических явлений или систем является необходимым и достаточным условием физического подобия этих систем. Уравнения, описывающие физические явления, можно привести к безразмерному виду путём введения некоторых характерных значений для каждого из определяющих физических параметров. Тогда безразмерные коэффициенты безразмерной системы уравнений, составленные из определяющих физических параметров, будут представлять собой критерии подобия рассматриваемого явления (процесса). Всякая новая комбинация из критериев подобия также представляет собой критерий подобия. Критерии подобия используются при моделировании и установлении общих физических закономерностей (критериальных зависимостей) в гидроаэромеханике, теории упругости, теплофизике и других областях физики. В гидроаэромеханике важнейшими критериями подобия являются число Рейнольдса Re, число Маха M, число Фруда Fr, число Эйлера Eu и число Струхала Sh.

Критическая скорость – скорость течения среды , равная местной скорости звука в данной среде. Для совершенного газагде– показатель адиабаты,– газовая постоянная,– температура торможения. Для воздухадля продуктов сгорания

Критическая точка – точка на диаграмме состояния веществ, соответствующая критическому состоянию, в котором две (или более) фазы, находящиеся в термодинамическом равновесии, становятся тождественными по своим свойствам. В критической точке исчезают различия в плотности и других свойствах сосуществующих фаз.

Круговой процесс (цикл) – термодинамический процесс, при котором система, претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамические параметры и характеристические функции состояния системы (внутренняя энергия, энтальпия, термодинамические потенциалы, энтропия и др.) в результате кругового процесса принимают первоначальные значения, их изменения при круговом процессе равны нулю. В результате прямого кругового процесса теплота превращается в работу, а в обратном круговом процессе работа затрачивается на перенос теплоты от менее нагретых тел к более нагретым. В технике круговые процессы применяются в качестве рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания, различных теплосиловых и холодильных установок.

Кумулятивный эффект (кумуляция) - существенное увеличение действия взрыва в определённом направлении, достигаемое специальной формой зарядов взрывчатых веществ – с выемкой конической формы, облицованной слоем металла толщиной 1 – 2 мм, в противоположной от детонатора части заряда. При инициировании взрыва сходящийся поток продуктов детонации формируется в высокоскоростную кумулютивную струю. Под действием высокого (до 10 ГПа) давления продуктов химической реакции образуется струя металла, скорость которой достигает 10 – 15 км/с, что обеспечивает ей большую пробивную силу.

Л

Ламинарное течение (от лат. Lamina – полоска) - упорядоченное течение вязкой жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается как бы слоями, параллельными направлению течения. Характеризуется отсутствием перемешивания между соседними слоями и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). Существование ламинарного течения возможно только до определенного, критического значения числа Рейнольдса после чего течение переходит в турбулентное течение. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.). Например, для течения в круглой трубе Re_кр≈ 2300.

Ламинарное течение в круглых трубах.

Рассмотрим стационарное ламинарное течение вязкой несжимаемой жидкости в круглой трубе, расположенной горизонтально. Линии тока в этом случае будут представлять собой прямые, параллельные оси трубы. Выберем цилиндрическую систему координат, направив ось Z вдоль оси трубы (Рис.1).

Рис. 1.

Из соображений симметрии следует, что

= ; . (1)

Запишем уравнение неразрывности в цилиндрической системе координат

. (2)

C учетом (1) уравнение (2) принимает вид

. (3)

Следовательно

. (4)

Так как поток осесимметричен, то

(5)

Пренебрегая действием массовых сил, запишем уравнение Навье-Стокса в проекциях на координатные оси (в цилиндрической системе координат):

(6)

(7 )

(8)

Из уравнений (7) и (8) следует, что давление в сечении постоянно и не зависит от r и , т.е.

p=p(z). (9)

Уравнение (6) запишем в виде

. (10)

Так как c=c(r), p=p(z) , то от частных производных перейдем к обычным и уравнение (10) приведем к следующему виду

. (11)

Дважды проинтегрировав это уравнение, получим

(12)

Константу С₁ следует положить равной нулю, т.к. если

С₁ ≠ 0, при r→0 скорость c→.

Константу С₂ найдем из условия прилипания вязкой жидкости к стенке трубы, т.е. при r = r₀ (где r₀ – радиус трубы) скорость c(r₀) = 0:

. (13)

Закон распределения скорости по сечению принимает вид

. (14)

Скорость жидкости на оси трубы при r = 0

(15)

Из (14) и (15) следует

, (16)

т.е. скорость по сечению меняется по параболическому закону.

Подсчитаем объемный расход жидкости через поперечное сечение трубы:

(17)

При переходе к одномерному потоку

(18)

Сравнивая (17) и (18), получим

(19)

Подставим (15) в (19)

(20)

Из (20)

(21)

Отсюда

(22)

Интегрируя (22) вдоль оси трубы от сечения 1 до сечения 2, расстояние между которыми , получим формулу Пуазейля

(23)

Заменим радиус трубы на диаметр:

(24)

Потери на трение по длине трубы между сечениями 1 и 2:

(25)

Сравнивая (25) с формулой Дарси-Вейсбаха, получим для коэффициента гидравлического трения

(26)

где

(27)

что согласуется с опытами Никурадзе для зоны ламинарного течения. Можно показать, что для ламинарного течения коэффициент кинетической энергии (28)

Отметим, что ламинарное течение в круглой трубе вихревое. Вихревые линии представляют собой окружности, центры которых лежат на оси трубы.

Приведенная выше теория ламинарного течения в круглой трубе хорошо подтверждается опытом за исключением следующих случаев:

- При течении с теплообменом.

- При течении с большими перепадами давлений – десятки мегапаскалей. Сказывается зависимость вязкости от давления.

- При течении в капиллярах и зазорах с облитерацией. В этом случае уменьшается площадь поперечного сечения канала из-за адсорбции полярно-активных молекул на стенках. При постоянном перепаде давлений расход жидкости через капилляр уменьшается.

- При течении на начальном участке трубы, где происходит постепенное формирование параболического профиля скоростей.

При плавном входе жидкости в трубу из резервуара на начальном участке трубы устанавливается практически равномерное распределение скорости по сечению (Рис. 3). По мере движения жидкости по трубе тормозящее влияние вязкости постепенно распространяется к оси трубы на все большую толщину потока. На входном участке поток имеет ядро, в котором скорость распределена равномерно, и пристенный пограничный слой.

Рис. 3. Формирование профиля скоростей

на начальном участке трубы

Постепенно при движении жидкости пограничный слой растет, а ядро убывает. В конце начального участка формируется параболическое распределение скорости по сечению. Длина начального участка определяется по формуле

(29)

где определяется по формуле (27).

Предполагая, что потери на трение на начальном участке определяются формулой Пуазейля, для падения давления получим

(30)

При <любое внешнее возмущение, вносимое в поток с течением времени затухает, поток сохраняет ламинарный характер. При>в зависимости от условий может существовать ламинарный или турбулентный режим. Для круглых труб= 2300.

Лапласа уравнение – см. Уравнение Лапласа.

Линия отмеченных частиц – линия, на которой в данный момент времени расположены частицы, прошедшие в разные моменты времени через одну и ту же точку пространства. При установившемся движении линии отмеченных частиц совпадают с траекториями и линиями тока.

Линия тока - линия, в каждой точке которой касательная к ней совпадает по направлению со скоростью частицы жидкости в данный момент времени. Совокупность линий тока позволяет наглядно представить в данный момент времени картину течения. В установившемся течении линии тока совпадают с траекториями. Уравнение линии тока