8. Поняття про потік рідини
2.2Поняття про потік рідини.
Гідравлічні елементи потоку.Живим перетиномназивається поверхня в межах потоку, проведена перпендикулярно до ліній струму (елементарним струмкам). У загальному випадку ця криволінійна поверхня (на рис. 14 поверхня ABC). Однак у більшості випадків практичної гідравліки потік рідини можна уявити паралельно-струменевим або з дуже малим кутом розходження струмків, а за живий переріз прийняти плоский поперечний переріз потоку (на рис. 14 площину АС). Площа живого перерізу позначається
Змоченим периметромназиваєтьсядовжина частини периметра живого перерізу, в межах якої потік стикається з твердими зовнішніми стінками. Змочений периметр позначають буквоюП.
Гідравлічним радіусомназивається відношення площі живого перерізу дозмоченого периметру:
. (67)
На рис. 15 наведено приклади поперечних перерізів потоку: а) трапецеїдальний; б) прямокутне; в) кругове.
Для кругового перерізу, заповненого рідиною повністю (рис. 15,в): ; ; .
Витрата рідини та середня швидкість.Витратоюрідини називається кількість рідини, що проходить через даний живий переріз потоку в одиницю часу.
Витрата потоку рідини позначають Q, а елементарного струменя – . Одиницями вимірювання витрати є: м3/сек, м3/год або л/сек, л/год та ін.
,
але - витрата елементарного струменя (обсяг, що пройшов через елемент живого перерізу1-1в одиницю часу); - Швидкість руху частинок рідини (шлях, пройдений частинками рідини за одиницю часу).
т. е.витрата елементарної цівки дорівнює площіїїпоперечного перерізу, помноженої на швидкість у цьому перерізі. Потік рідини в даному живому перерізі представляє сукупність (суму) великої кількості елементарних струмків, що заповнюють площу живого перерізу, тому для визначення витрати потоку через живий перерізsнеобхідно взяти суму витрат елементарних струмків, тобто.
. (67б)
Загалом, щоб скористатися формулою (67б) визначення витрати потоку, треба знати закон розподілу швидкостей по живому перерізу, який дуже складний чи взагалі невідомий. Тому для практичних розрахунків запроваджується поняття середньої швидкості потоку.
На рис. 16 представлений графік (епюра) розподілу дійсних швидкостей у точках живого перерізу потоку, з якого видно, що швидкості перерізу розподіляються нерівномірно. При дійсних швидкостях через живий переріз проходить певна витрата Q. Можна знайти деяку постійну для всіх точок перерізу фіктивну швидкість, при якій через даний перетин проходив би той самий витрата, що і при дійсних швидкостях руху рідини. Ця швидкістьvбуде середньою із дійсних швидкостей. Підставляючи у формулу (67б) швидкістьvотримаємо , але , тому
, (68)
т. е. витрата рідини у цьому перерізі потоку дорівнює добутку середньої швидкості руху рідини, помноженої площу живого перерізу.
Отже,середньою швидкістюпотоку в даному перерізіvназивається такаоднакова для всіх точок живого перерізу швидкість руху рідини, приякою через цей живий переріз проходить та сама витратаQ, що і при дійсних швидкостях руху рідиниі.
З формули (68) можна написати
, (68 / )
. (68)//)
Формули (68), (68') і (68") використовуються при вирішенні основних гідравлічних завдань, пов'язаних з потоком рідини. Їх слід чітко знати та запам'ятати.