Основные гидродинамические понятия.

Поток жидкости– это непрерывная масса частиц жидкости, движущаяся в определенном направлении.

Различают поток русловой, если он ограничен полностью или частично стенками русла, и свободный.

Примерами руслового потока может служить движение жидкости в трубопроводах, реках и каналах.

Примером свободного потока – движение струи жидкости, вышедшей из гидромонитора. К гидравлическим элементам потока относятся живое сечение, расход, смоченный периметр, гидравлический радиус и средняя скорость.

Живое сечение потока – поверхность, перпендикулярная направлению скорости потока и ограниченная его внешним контуром.

Смоченный периметр потока – длина контура живого сечения, на котором жидкость соприкасается с твердыми стенками.

Средняя скорость потока – частное от деления расхода потока Q на площадь его живого сечения S.

Исходя из определений гидравлических элементов потока, установившееся движение может быть равномерным и неравномерным.

Равномерное движение жидкости – установившееся движение, при котором живые сечения и средняя скорость потока не изменяются по его длине.

Пример: движение жидкости в цилиндрической трубе.

Неравномерное движение жидкости – установившееся движение, при котором живые сечения и средняя скорость потока изменяются по его длине.

Пример: движение жидкости в канале при изменении глубины потока.

Напорное движение – случай, когда поток жидкости со всех сторон ограничен твердыми стенками русла, а давление в любой точке отлично от атмосферного.

Движение жидкости происходит за счет разности напоров (водопроводная сеть, гидролинии в объемном гидроприводе).

Безнапорное движение – случай движения жидкости со свободной поверхностью. Движение происходит благодаря разности геодезических отметок русла (пример: движение воды в каналах и реках).

Гидравлические струи, в этом случае поток жидкости не ограничивается стенками русла. Для схематизации явления движения жидкости вводят понятие о линии тока.

Пусть в любой точке потока движущейся жидкости скорость движения меняется по величине и направлению.

Линией тока называется кривая, проведенная в движущейся жидкости линия, касательные к которой в каждой точке совпадают с направлением векторов скорости в точке в данный момент времени.

Элементарные струйки. Возьмем в движущейся жидкости элементарную площадку и из всех точек ее периметра проведем линии тока . Совокупность этих линий образует поверхность, которая ограничивает пространство, называемое трубкой тока.

Трубкой тока называется поверхность, образованная системой линий тока, проведенных через все точки контура элементарной площадки. С точки зрения положений геометрии, трубку тока можно рассматривать как элементарный канал, через который протекает жидкость. Любой поток жидкости можно рассматривать как совокупность большого количества элементарных струек.

Для случая установившегося движения элементарной струйке придаются следующие свойства:

а) форма элементарной струйки остается неизменной с течением времени;

б) боковая поверхность элементарной струйки – трубка тока непроницаема для частиц жидкости движущихся как вне, так и внутри ее (обмена энергией жидкости между элементарными струйками нет);

в) вследствие малости поперечного сечения элементарной струйки скорость и гидродинамическое давление во всех точках ее поперечного сечения одинаковы.

Гидродинамика это раздел гидравлики, в котором изучают законы движения жидкости и её взаимодействие с неподвижной или подвижной поверхностью.

Законы гидродинамики

Уравнение расхода это взаимосвязь между линейной и объемной скоростями: V=WF, то есть объемная скорость равна произведению линейной скорости на площадь поперечного сечения потока.

Уравнение расхода это взаимосвязь между линейной и объемной скоростями: V=WF, то естьобъемная скорость равна произведению линейной скорости на площадь поперечного сечения потока.

Установившимся движением жидкости называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени.

Неустановившееся движение жидкости – это движение при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени.

Превращение динамического напора в статический можно наглядно продемонстрировать в трубке, устье которой направлено перпендикулярно потоку, как это показано на рисунке в открытом желобе.