Модели жидкостей и газов. Идеальные жидкость и газ.

Ламинарный и турбулентный режим течения.

Критерий Рейнольдса.

Жидкостью называется, вещество, которое обладает свойством текучести. Под текучестью (легко подвижностью) сплошной среды понимают ее способность совершать непрерывное, неограниченное движение в пространстве и времени под действием приложенных сил или по инерции.

Идеальная (совершенная) жидкость − условная жидкость, которая считается абсолютно несжимаемой и невязкой (т.е. силы внутреннего трения в ней отсутствуют, и она воспринимает только усилия сжатия), не имеющей молекулярного строения. Допущение идеальности жидкости дает точные результаты при решении задач для жидкости, находящейся в покое, т.е. в гидростатике (когда силы внутреннего трения отсутствуют).

Идеальный (совершенный) газ отличается от идеальной жидкости тем, что он сжимаемый, но невязкий. Он удовлетворяет уравнению состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона) . Используя понятие энтальпии и можно получить калорическое уравнение состояния идеального газа.

Капельные жидкости принимают сферическую форму (минимальный объем) и образует свободную поверхность. Свободные поверхности отделяют жидкость от атмосферы, они являются поверхностями уровня, а поверхность с постоянной величиной давления - поверхностями равного давления. Поверхность постоянного давления обладает двумя свойствами: а) две различные поверхности не пересекаются между собой. В противном случае в точке пересечения было бы два значения давления; б) внешние массовые (объемные) силы, проекциями которых являются X, Y, Z, направлены по нормали в каждой точке поверхности постоянного давления. Газы, характеризуются большой сжимаемостью и неограниченно расширяются при отсутствии давления.

Континуум − модель жидкости, которая считается сплошной однородной средой, не имеющей молекулярного строения. Континуумом является не только идеальная жидкость, но и вязкая жидкость. Эта гипотеза применима для жидкостей и сравнительно плотных газов, у которых в единице объема находится так много молекул, что большинство из них имеют параметры (например, скорость) примерно одинаковые и равные средневероятным значениям.

Ламинарное (слоистое) − это упорядоченное течение жидкости без перемешивания соседних слоев, без пульсации скорости и давления. При таком течении в трубе постоянного сечения все линии тока параллельны оси трубы, однако возможно упорядоченное вихревое движение вокруг линий тока.

Турбулентное (бурное, возмущенное) − сопровождается интенсивным перемешиванием и пульсациями скорости и других параметров. Имеет место поперечное перемещение отдельных частиц жидкости и их вращение вокруг собственных осей.

В 1883 году Рейнольдс доказал существование двух качественно различных режимов течения в трубах. Переход от ламинарного к турбулентному осуществляется внезапно, сопровождается усилением теплопередачи, увеличением потерь на трение. Из опытов при различных параметрах ( , , , ) он установил, что переход, определяется их комплексом и называется критическим числом Рейнольдса

при − ламинарный, при − турбулентный. В области имеет место узкая переходная зона , течение в которой называется переходным.

Лекция №2

Гидростатика.

Гидростатика − изучает законы, при которых жидкость находиться в состоянии равновесия. Для нее характерно постоянство формы и объема рассматриваемого тела и как следствие - отсутствие касательных напряжений. На элемент жидкости действуют только массовые силы, которые нормальны к поверхности. Общим условием равновесия жидкости или газа является равенство нулю равноденствия всех сил и суммы всех моментов, приложенных к любому элементу жидкости, относительно любой оси. Различают абсолютное и относительное равновесие жидкости, при этом свободные поверхности имеют различный вид.

Абсолютное равновесие. Относительное. Напряжение по оси Х.

Абсолютное − жидкость находится в сосуде только под действием силы веса.

Относительное − сосуд ускоренно движется вниз по наклонной плоскости.

Напряжение по оси Х − жидкость находится в цилиндре и вместе с ним вращается вокруг оси цилиндра с постоянной угловой скоростью.