Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости

Перед тем, как записать уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости необходимо оговорить два момента. Поток жидкости отличается от элементарной струйки тем, что он имеет реальные размеры поперечного сечения, которые могут быть довольно значительных размеров. Распределение давлений и скоростей по сечению потока может быть неравномерным.

Рассмотрим распределение давления. В плоскости перпендикулярной направлению движения, гидродинамическое давление распределяется по закону гидростатики. В связи с этим справедливо условие:

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru т.е. сумма отметки z и пьезометрической высоты Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru во всех точках сечения потока остается одинаковой, хотя меняется для различных сечений.

В связи с тем, что распределение местных скоростей U в плоскости сечения потока неравномерно и в большинстве случаев неизвестно, то возникают трудности с определением кинетической энергии потока, т.е. с третьим слагаемым в уравнении Бернулли Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru . Поэтому вводим корректирующий коэффициент ±, представляющий собой отношение действительной кинетической энергии потока к кинетической энергии, подсчитанной по средней скорости в сечении. Корректив ± называется коэффициентом кинетической энергии потока или коэффициентом Кориолиса, и отражает неравномерность распределения местных скоростей по сечению потока.

Для наиболее распространенных случаев движения жидкости значения ± следующее: при ламинарном движении в круглой трубе ± = 2, при турбулентном – зависит от режима и принимает значение ± = 1,1 Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru 1,3. Обычно ± определяют опытным путем.

С учетом вышесказанного, уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости может быть записано в виде:

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru

где Uср1, и Uср2 – средние скорости в сечениях 1 и 2;

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru – потери энергии на преодоление сопротивлений между сечениями 1 и 2.

Уравнение Бернулли устанавливает связь между скоростью движения, давления и геометрическим положением любой точки сечения потока, для которого это написано.

Рассмотрение энергетической и геометрической интерпретации уравнения Бернулли

С энергетической точки зрения уравнение Бернулли выражает закон сохранения энергии и представляет удельную энергию, отнесенную к единице веса жидкости и подсчитанную относительно произвольно выбранной горизонтальной плоскости. Такая удельная энергия потока состоит из удельной потенциальной энергии Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru где z – энергия положения, Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru - энергия давления, и удельной кинетической энергии потока Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru . С теоретической точки зрения потери энергии Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru на преодоление сопротивления безвозвратно теряются для потока, т.е. часть механической энергии превращается в тепловую.

С геометрической точки зрения в уравнение Бернулли входят следующие линейные величины:

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru

Рис. 5.2

z – геометрическая высота положения (геометрический напор); Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru или Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru пьезометрическая высота, отвечающая гидродинамическому давлению р; Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru в каждом сечении называется пьезометрическим (при р=ризб) или гидростатическим напором;

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru - скоростной напор; Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru 0 – гидродинамический или полный напор;

Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru - потеря напора на преодолении сопротивлений.

Геометрическое место точек верхних концов отрезка суммы Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru называется пьезометрической линией Н (на рис.5.2 показана штриховкой). Изменение пьезометрической линии на единицу длинны поток называется пьезометрическим уклоном ip.

Геометрическое место точек верхних концов отрезков суммы Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru называется напорной линией или линией удельной энергии Но (на рис.5.2 показана сплошной линией), которая для потока идеальной жидкости т.е. без потерь энергии, будет горизонтальной. При движении вязкой жидкости изменение напорной линии на единицу длинны потока называется гидравлическим уклоном Уравнение бернулли для потока вязкой жидкости - student2.ru .

Наши рекомендации