Тема: основні поняття і визначення

Розділ 3. Основи кінематики та динаміки рідин

Гідравліка - це наука, яка вивчає закони рівноваги і руху рідини, а також взаємодію між рідиною і твердими тілами в стані спокою і щодо їх руху. Крім того, в Інженерній гідравліці розробляються способи застосування цих законів до конкретних питань інженерної справи.

Рішення задач в галузі водопостачання і водовідведення ґрунтується на законах гідравліки. До цих завдань відносяться завдання, пов'язані із загальними питаннями подачі і розподілу води, методами розрахунку мереж, водопропускних і водорозбірних споруд.

Найголовніші завдання інженерної гідравліки:

- встановлення законів розподілу швидкостей і тиску під час руху рідини;

- вивчення взаємодії між рідиною і твердими тілами, розміщеними в ній.

Причому в інженерній гідравліці в більшості випадків вважають достатньою інформацію щодо усереднених значень швидкості і тиску.

Потоком рідини в гідравліці називають масу рідини, обмежену твердими поверхнями, направляючими, поверхнями розділу рідин або вільними поверхнями.

Рух рідини може бути напірним і безнапірним.

Безнапірний або вільний рух потоку - це такий рух, при якому потік по довжині обмежується лише частиною з жорсткими стінками і має вільну поверхню, причому рух рідини відбувається під дією сили тяжіння. При безнапірному русі на поверхні рідини тиск рівний атмосферному.

Напірний рух потоку - це такий рух, який здійснюється в обмеженому з усіх боків (по довжині) жорсткими стінками просторі під впливом тиску, що створюється водонапірним резервуаром або насосом. При напірному русі потік завжди повністю заповнює поперечний переріз труби.

Живий переріз потоку - поперечний переріз потоку, проведений нормально за напрямом руху (ω).

Змочений периметр - довжина лінії, за якою рідина в живому перерізі стикається з твердими поверхнями, що обмежують потік.

При напірних потоках довжина змоченого периметра (χ) рівна довжині всього периметра перерізу, а в безнапірних потоках змочений периметр складає деяку частину повного периметра.

Гідравлічний радіус - відношення площі живого перерізу до змоченого периметра в цьому перерізі.

. (3.1)

У напірному потоці для круглого перерізу:

. (3.2)

Витрата рідини - об'ємна кількість рідини, що протікає через даний поперечний переріз потоку в одиницю часу.

Середня швидкість - однакова для всіх точок перерізу уявна швидкість, при якій через живий переріз проходить та же витрата, що і при дійсних місцевих швидкостях в різних точках перерізу.

. (3.3)

Якщо швидкість в кожній точці поперечного перерізу потоку рідини з часом залишається незмінною як за величиною, так і за напрямом, а також тиск в даній крапці з часом не змінюється, то такий рух називають сталим. При такому русі швидкість і тиск в потоці залежать тільки від координат точки в просторі. Наприклад, рух води в каналі або річці при постійному рівні води і витікання рідини з отвору або крана при постійному натиску.

Якщо швидкість і тиск в кожній даній точці потоку рідини з часом змінюються, то такий рух називають несталим. У цьому випадку швидкість і тиск окрім координат точки залежать ще від часу. Наприклад, рух води в річці при зміні рівня води, витікання через отвір в резервуарі при змінному натиску.

За характером зміни поля швидкостей за координатами сталий рух розподіляється на:

Рівномірний - рух рідини, при якому живі перерізи потоку однакові по всій його довжині і при цьому швидкості потоку у відповідних точках всіх живих перерізів також однакові.

Приклад: рух потоку в каналі з постійною формою живого перерізу і постійною глибиною або рух рідини в циліндровій трубі.

Рух потоку, при якому по довжині потоку змінюється живий переріз або при постійному перерізі змінюється розподіл швидкостей у відповідних точках різних живих перерізів, називається нерівномірним.

Приклад: рух води в річці на ділянці перед дамбою, тобто по довжині потоку в напрямі його руху живий переріз і його глибини збільшуються, а швидкості убувають; рух води в річці на її звуженні або розширенні.

Потік рідини, в якому відсутні як порожнечі (розриви суцільності перерізу), так і переущільнення неможливі в однорідній рідині, називають суцільним (нерозривним).

Рівняння нерозривності потоку:

U₁ω₁ = U₂ω₂ = … = U_nω_n= const = Q, (3.4)

де U₁, U₂, U_n - швидкості в живих перерізах елементарної цівки нев'язкої рідини, у ряді випадків рівні середнім швидкостям в перерізах потоку (V);

ω₁, ω₂, ω_n - площі живих перерізів;

Q - витрата.

Дата добавления: 2015-05-08