Основни понятия от хидродинамиката
Хидродинамика - раздел от хидравликата, който изучава законите на движението на течността и тяхното практическо приложение.
Движението на течност може да бъде стабилно и неравномерно, равномерно и неравномерно, под налягане и без налягане.
Принестабилно движение скоростта и налягането в избраната точка в пространството зависят от координатите и се променят във времето. Приравномерно движение неговите характеристики не се променят във времето и зависят само от координатите на разглежданата точка.
Придвижение под налягане, потокът на флуида е ограничен от всички страни от твърди стени (затворен канал), а налягането се различава от атмосферното;
Прибезнапорно движение – течението има свободна повърхност, налягането над която е атмосферно.
При изучаване на движеща се течност се въвеждат редица понятия, които характеризират хидравличните и геометричните елементи на потока.
Живо сечение е повърхността на потока, начертана перпендикулярно на посоката на тока.
Свободното сечение се характеризира с площта на свободното сечениеω(m²), мокрия периметърχ(m) и хидравличния радиусR(m).
Намокрен периметър χ – дължината на частта от периметъра на свободния участък, по която потокът влиза в контакт със стените, които го ограничават.
Съотношението на отворената площ на потока към мокрия периметър се наричахидравличен радиус:
(4.1)
Приложение 6 показва стойностите на хидравличните радиуси за потоци от различни секции.
Скорост на потока на течността е количеството течност, протичаща през зоната на свободния поток за единица време.
- обемен m 3 / s,
Тук - средната скорост на потока в даден жилищен участък - условно е същатавъв всички точки скоростта, при която скоростта на потока ще бъде същата като при различни локални скорости.
- масаM, kg/s;
При стабилно движение дебитът на флуида за всяка секция е постоянна стойност.
Q == const(4.2)
Израз (4.1) представлява уравнението за непрекъснатост на потока.
Многобройни експериментални изследвания на движещи се течности позволиха да се установи съществуването на два режима на движение на течности: ламинарен и турбулентен.
Приламинарен поток, наблюдаван при ниски скорости, отделните течни струи се движат успоредно една на друга.
Притурбулентния режимима силно смесване на флуидни частици и в резултат на това неуредено движение на неговите елементи.
Скоростта, с която се извършва промяната на режима, се наричакритична.
За характеризиране на режима на движение на течността се въвежда безразмерен параметър -число на Рейнолдс, което за тръби с кръгло напречно сечение се изразява чрез вътрешния диаметър на тръбопровода:
(4.3)
За произволен поток числото на Рейнолдс се изразява чрез хидравличния радиус
(4.4)
Минималната стойност, съответстваща на прехода от ламинарен към турбулентен, се определя откритичното число на РейнолдсRecr.=2320или
Следователно стойността на критичната скорост:
(4,5)
При ламинарен режим на движение в цилиндрична тръба с радиусr0 разпределението на локалните скорости се подчинява на параболичен закон. Максималната скорост възниква по оста на тръбопровода, след това локалната скорост в течния слой, разположен на разстояниеrот оста на тръбата
Средната скорост .
=
Допирателнанапрежение в стената на тръбата
Напреженията на срязване върху сечението на тръбата се разпределят според зависимостта
При турбулентния режим на движение разпределението на осреднените скорости по сечението на тръбата може да се вземе приблизително от зависимостта
,
където y е разстоянието от стената на тръбата до разглежданата точка;
- динамична скорост.
Максималната скорост е свързана със средната скорост в участъка чрез следната зависимост