Основні поняття гідродинаміки

Гідродинаміка - розділ гідравліки, що вивчає закони руху рідини та їх практичне застосування.

Рух рідини може бути встановленим і невстановленим, рівномірним і нерівномірним, напірним і безнапірним.

Приневстановленому русі швидкість і тиск у вибраній точці простору залежить від координат і змінюється з часом. Приусталеному русі його характеристики не змінюються з часом і залежать тільки від координат точки, що розглядається.

Принапірному русі потокрідини з усіх боків обмежений твердими стінками (закрите русло), а тиск відрізняється від атмосферного;

Прибезнапірний рух – потік має вільну поверхню, тиск над якою атмосферний.

При вивченні рідини, що рухається, вводиться ряд понять, що характеризують гідравлічні та геометричні елементи потоку.

Живим перерізом називають поверхню потоку, проведена перпендикулярно до напрямку ліній струму.

Живий переріз характеризується площею живого перерізуω(м²), змоченим периметромχ(м) та гідравлічним радіусомR(м).

Змочений периметр χ – довжина частини периметра живого перерізу, по якій потік стикається з стінками, що обмежують його.

Відношення площі живого перерізу потоку до змоченого периметра називаєтьсягідравлічним радіусом:

(4.1)

У додатку 6 наведено значення гідравлічних радіусів для потоків різних перерізів.

Витратою рідини називається кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку за одиницю часу.

- об'ємний м3/с,

Тут - середня швидкість потоку в даному живому перерізі - умовна однаковау всіх точках швидкість, при якій витрата потоку буде такою самою, як і при різних місцевих швидкостях.

- масовийM, кг/с;

При русі витрата рідини для будь-якого перерізу є величина постійна.

Q == сonst(4.2)

Вираз (4.1) представляє рівняння нерозривності потоку.

Численні експериментальні дослідження рухомих рідин дозволили встановити існування двох режимів руху рідини: ламінарного та турбулентного.

Приламінарному режимі руху, що спостерігається при малих швидкостях, окремі струмки рідини рухаються паралельно один одному.

Притурбулентному режиміспостерігається сильне перемішування частинок рідини і як наслідок невпорядкований рух її елементів.

Швидкість, коли відбувається зміна режимів, називаєтьсякритичної.

Для характеристики режиму руху рідини введено безрозмірний параметр –число Рейнольдса, яке для труб круглого перерізу виражають через внутрішній діаметр трубопроводу:

(4.3)

Для потоку довільної форми число Рейнольдса виражається через гідравлічний радіус

(4.4)

Мінімальне значення, що відповідає переходу ламінарного режиму в турбулентний визначаєтьсякритичним числом РейнольдсаReкр.=2320або

Отже, значення критичної швидкості:

(4.5)

При ламінарному режимі руху в циліндричній трубі радіусомr0 розподіл місцевих швидкостей підпорядковується параболічному закону. Максимальна швидкість має місце на осі трубопроводу, тоді місцева швидкість у шарі рідини, що знаходиться на відстаніrвід осі труби

Середня швидкість .

=

Стосовнанапруги біля стінки труби

Дотичні напруги по перерізу труби розподіляються за залежністю

При турбулентному режимі руху розподіл середніх швидкостей по перерізу труби може бути прийнято приблизно

,

де y - відстань від стінки труби до точки, що розглядається;

- Динамічна швидкість.

Максимальна швидкість пов'язана із середньою швидкістю у перерізі наступною залежністю

---