Движение воды в водных объектах

Классификация видов движения воды (водных объектов) по изменчивости. Турбулентный и ламинарный режимы движения воды. Число Рейнольдса.

Скорость реки переменна по сечению. Линии, соединяющие места с одинаковыми скоростями называются изотахами. Ихотахи по своей форме примерно повторяют очертания русла.

Пусть u = f (x,y,z,t) – средняя скорость движения в любой точке, v = j (x,t) – скорость течения всего водного потока. Тогда:

Водные потоки делятся исходя из типов движения воды на стационарные (dv/dt = 0) и нестационарные (dv/dt ¹ 0). dv/dt есть изменение скорости потока во времени. Стационарные водные потоки делятся на равномерные (dv/dx = 0) и неравномерные (dv/dх ¹ 0). Величина dt/dx характеризует постоянство скорости вдоль потока (ускорение).

Существует два гидродинамических режима движения воды: ламинарный и турбулентный. В ламинарном режиме частицы воды движутся по параллельным траекториям, в турбулентном их движение имеет хаотический характер.

Гидродинамический режим потока характеризуется числом Рейнольдса (R_e):

,

где h – глубина водоема, n - кинематический коэффициент вязкости. При температуре»15°С n = 1×10^-6 м²/с.

Если R_e < 300, то поток является ламинарным, если R_e > 3000 турбулентным, 300 < R_e < 3000 является критическим. Оно соответствует переходному гидродинамическому режиму потока. Эти границы даны приближенно, они зависят от типа водоема.

Физические силы, действующие в водных потоках

Согласно второму закону механики:

Силы, действующие в водных потоках:

1. Массовые (объемные) – действуют в целом на массу или объем воды:

- сила тяжести F_g = mg, в том числе ее продольная составляющая: F_g¢ = F_g×sina, где a - уклон водной поверхности

- центробежная сила F_ц = m×a_ц = mv²/r, где r – радиус изгиба.

- сила Кориолиса – отклоняющая сила вращения Земли, действующая вправо в северном полушарии и влево в южном: F_к = m×a_к = 2v×m×w×sin j, где j - географическая широта, w - угловая скорость вращения Земли.

2. Поверхностные силы

- нормальные – действуют по нормали: давление P = pS, где р – удельное давление

- касательные - поверхностное трение T = tS, где t - удельное трение или касательное напряжение, оно вычисляется по формуле: t = rlv², где l - коэффициент трения.

Дата добавления: 2014-01-06