- •Вводная лекция по дисциплине «Гидрогазодинамика»
- •1.2. Плотность жидкости
- •1.3. Сжимаемость капельной жидкости
- •1.4. Температурное расширение капельных жидкостей
- •1.5. Вязкость жидкости
- •1.6. Испаряемость жидкости
- •1.7. Растворяемость газов в жидкостях
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •2. Основы гидростатики
- •2.1. Основные сведения
- •2.2. Гидростатическое давление
- •2.3. Основная теорема гидростатики
- •2.4. Условие равновесия жидкости
- •2.5. Дифференциальное уравнение равновесия жидкости (Уравнение Эйлера)
- •2.6. Основное дифференциальное уравнение гидростатики
- •Контрольные вопросы
- •2.7. Поверхность уровня
- •2.8. Равновесие жидкости в поле земного тяготения
- •2.9. Основное уравнения равновесия жидкости в поле земного тяготения. Закон Паскаля
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •2.10. Относительное равновесие жидкости в поле сил тяготения
- •2.11. Приборы для измерения давления
- •2.12. Равновесие тела в покоящейся жидкости. Закон Архимеда
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •3. Основы кинематики и динамики жидкости
- •3.1. Основные понятия и определения кинематики и динамики жидкости
- •3.2. Гидравлические элементы потока
- •3.3. Геометрические характеристики потока
- •3.4. Трубка тока и элементарная струйка
- •3.5. Расход и средняя скорость потока
- •3.6. Условие неразрывности, или сплошности движения жидкости
- •3.7. Методы исследования движения жидкости
- •3.8. Уравнение Эйлера
- •Контрольные вопросы
- •3.9. Интегрирование уравнения Эйлера для установившегося движения жидкости
- •3.10. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •3.11. Практическое применение уравнения Бернулли
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •3.12. Гидравлические сопротивления. Режимы движения жидкости
- •3.13. Потери напора при равномерном движении
- •3.14. Способы определения потерь напора при равномерном движении жидкости
- •3.15. Местные гидравлические сопротивления
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •4. Гидравлический расчет истечения жидкостей
- •4.1. Общая характеристика истечения
- •4.2. Истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке
- •4.3. Истечение при переменном напоре
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •4.4. Истечение жидкости через насадки
- •4.5. Зависимость коэффициентов истечения от числа Рейнольдса
- •4.6. Вакуум в цилиндрическом насадке
- •4.7. Практическое применение насадков
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •5. Гидравлический удар в трубах
- •5.1. Физическая сущность гидравлического удара
- •5.2. Определение ударного давления и скорости распространения ударной волны
- •5.3. Способы гашения и примеры использования гидравлического удара
- •Примеры
- •Контрольные вопросы
- •6. Гидравлический расчет трубопроводов
- •6.1. Классификация трубопроводов
- •6.2. Система уравнений и задачи гидравлического расчета трубопроводов
- •6.3. Метод расчета простых трубопроводов
- •6.4. Методы расчета сложных трубопроводов
- •6.4.1. Методы расчета по удельным гидравлическим сопротивлениям
- •7. Основы теории подобия, моделирования и анализа размерностей
- •7.1. Основные положения
- •7.2. Законы механического подобия
- •7.2.1. Геометрическое подобие
- •7.2.2. Кинематическое подобие
- •7.2.3. Динамическое подобие
- •7.3. Гидродинамические критерии подобия
- •Контрольные вопросы
- •7.4. Физическое моделирование
- •Примеры
- •7.5. Анализ размерностей. -теорема
- •Примеры
- •Для второго -члена имеем
- •Контрольные вопросы
- •8. Основы движения грунтовых вод и двухфазных потоков
- •8.1. Движение грунтовых вод. Основные понятия движения грунтовых вод.
- •8.2. Скорость фильтрации. Формула Дарси
- •8.3. Коэффициент фильтрации и методы его определения
- •8.4. Ламинарная и турбулентная фильтрация
- •8.5. Основное уравнение неравномерного движения грунтовых вод
- •8.6. Фильтрация через однородную земляную среду
- •Примеры
- •8.7. Особенности гидравлики двухфазных потоков
- •8.7.1. Виды течений двухфазных потоков жидкости и газа
- •8.7.2. Основные определения
- •Тогда объемный расход смеси равен сумме объемных расходов фаз:
- •В одномерном приближении можно записать:
- •Истинная скорость жидкой фазы равна:
- •Величины и называются приведенными скоростями фаз.
- •8.7.3. Истинное объемное паросодержание адиабатных двухфазных потоков.
- •8.7.4. Гидравлическое сопротивление двухфазных потоков
- •8.7.5. Критические истечения двухфазных систем.
- •8.8. Движение одиночных капель и пузырьков
- •8.8.1. Методы подобия и размерностей
- •8.8.3. Скорость всплытия газового пузырька в жидкости
- •8.8.4. Особенности движения капель в газовых потоках
- •8.8.5. Схлопывание (расширение) полости в жидкости. Уравнение Рэлея
- •8.8.6. Применимость уравнений
Контрольные вопросы
1. Сущность частичного моделирования.
2. Сущность частичного моделирования по критерию Рейнольдса.
3. Сущность частичного моделирования по критерию Фруда.
4. Сущность анализа размерностей и его достоинства.
5. Сущность p-теоремы.
6. Какие основные физические величины приняты в механике жидкости и газа?
7. Запишите размерность физических величин r, m, t0, .
8. Как определяется число p-членов?
8. Основы движения грунтовых вод и двухфазных потоков
8.1. Движение грунтовых вод. Основные понятия движения грунтовых вод.
Грунтовой называется вода, содержащаяся в порах грунта. Как правило, грунтовая вода находится в движении. Наука, занимающаяся изучением движения грунтовых вод, называется подземной гидравликой.
Грунтовые воды, образуются за счет атмосферных осадков, которые просачиваются в поры грунта и движутся по мельчайшим каналам.
Движение воды в порах того или иного материала, в том числе и грунта, называется фильтрацией. Движение грунтовой воды происходит под действием силы тяжести.
Движение фильтрационных вод может быть установившимся и неустановившемся, равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным.
Если гидравлические характеристики (параметры) потока зависят от координат и времени, то грунтовой поток называется неустановившемся:
p=f(x, y, z, t); (8.1)
Если параметры потока зависят только от координат, то поток называется установившемся.
При равномерном движении грунтовых вод, уклон свободной поверхности равен уклону подстилающего водонепроницаемого слоя i.
При неравномерном движении это условие не выполняется, т.е. J ≠ i
При безнапорном движении грунтовых вод, давление на свободной поверхности равно атмосферному.
Примером может быть фильтрация через тело земляной плотины.
При напорной фильтрации свободная поверхность отсутствует, т.к. движение грунтовых вод ограничено двумя непроницаемыми пластами. Например, движение воды под телом бетонной плотины.
Фильтрационные свойства грунта зависят от его пористости, которая характеризуется коэффициентом пористости m:
(8.2)
где Vn – объем пор;
V – объем грунта.
Например, пористость песка m≈0,4; глины m≈0,5 и т. д. Грунт называется однородным, если фильтрационные свойства его одинаковы в любой точке объема.
Фильтрационным потоком называется поток грунтовых вод в порах грунта.
Как всякий поток, он характеризуется:
Фильтрационным расходом Q – это количество воды, проходящее через поперечное сечение грунтового потока в единицу времени. За поперечное сечение ω принимается вся геометрическая площадь потока, независимо от того, какую часть этой площади занимают поры.
Скорость потока фильтрации называют отношение расхода к полной площади поперечного сечения потока:
(8.3)
Истинная скорость движения воды в порах грунта будет больше, чем скорость фильтрации .
Водонепроницаемый слой, расположенный снизу, называется водоупором, или подстилающим слоем. Средний его уклон обозначается буквой i и называется уклоном дна.
Депрессионной кривой называют свободную поверхность грунтового потока.
Уклон свободной поверхности одновременно является гидравлическим уклоном, так как скорость фильтрации незначительна.
Водоносным слоем называется пористый слой грунта, заполненный водой.