10468

Основные понятия и определения. Гидравлические элементы потока

Скорость потока в различных его точках различна. Для упрощения расчетов вводят понятие средней скорости υср, которую часто обозначают υ. На рис.6: действительную эпюру скоростей движения жидкости в трубе (в виде параболы) аппроксимируют, т.е. заменяют на прямоугольную - расчетную, таким образом, что площади действительной и расчетной эпюр между собой равны

Режимы движения жидкости

Существует два режима движения жидкости: ламинарный и турбулентный.

Ламинарное движение (от лат. LAMINA – пластинка), упорядоченное течение жидкости или газа, при котором жидкость (газ) перемещается слоями,

параллельными направлению течения.

Турбулентное движение (от лат. TURBULENTUS – бурный, беспорядочный), форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа.

Опыты Рейнольдса

Режимы движения жидкости

Опыты Рейнольдса показали, что переход от ламинарного типа движения жидкости к турбулентному происходит при определенной скорости, которую называют критической.

vкр=Rе кр ν/d.

Чаще всего это выражение записывают следующим образом:

Rе кр= d vк р /ν, где Reкр – безразмерное число Рейнольдса

Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим движения жидкости переходит в турбулентный, называют критическим и обозначают Reкp.

Режимы движения жидкости

Опытами установлено, что переход ламинарного режима в турбулентный происходит при Reкp = 2320.

Следовательно, движение в трубах при Re<2320 будет ламинарным, а при Re>2320 – турбулентным.

При безнапорном движении жидкости и для труб некруглого поперечного сечения число Рейнольдса определяют не через диаметр трубы, а через гидравлический радиус по формуле:

Rе = vR/ν

где R= dэ/4, т. е. критическое число Рейнольдса будет в 4 раза меньше, чем при движении в трубах.

Следовательно, при безнапорном движении жидкости при Reкр <580 будет иметь место ламинарный режим, а при Reкр >580 – турбулентный

Основные виды движения жидкости

Различают установившееся и неустановившееся движение жидкости; равномерное и неравномерное, сплошное и прерывистое. Течение может быть напорное, безнапорное и свободная струя.

Установившееся – это такое движение, при котором его характеристики в любой точке потока остаются неизменными во времени, средняя скорость υ , давление в любом сечении р, форма струи не меняются во времени. В качестве примера можно привести истечение жидкости при постоянном уровне в резервуаре.

Неустановившееся – это такое движение, если приведенное условие не выполняется. Пример – опорожнение резервуара, т.е. истечение при переменном уровне.

Равномерное – это такое движение, при котором скорости течения в сходственных точках двух смежных сечений потока равны между собой. Это условие выполняется, когда форма русла и все гидравлические элементы (глубина потока, площадь поперечного сечения и средняя скорость) неизменны вдоль русла. Равномерное движение в трубах может быть как установившемся, так и неустановившимся, а в открытых руслах ( в реальных условиях) равномерное движение может быть только установившимся.

Основные виды движения жидкости

Неравномерное (ускоренное и замедленное)– это движение, при котором по длине потока изменяются его поперечное сечение и, следовательно, средняя скорость. Неравномерным может быть и установившееся, и неустановившееся движение. При ускоренном движении в призматических руслах образуется так называемая кривая спада, а при замедленном кривая подпора.

Сплошным (непрерывным) движением называется такое, при котором жидкость занимает все пространство своего движения без образования внутри потока пустот (разрывов).

Основные виды движения жидкости

Напорным – называют такое движение, при котором поток со всех боковых сторон ограничен твердыми стенками (движение воды по водопроводу). Движение осуществляется за счет разности давлен: П - пьезометры; линия Р-Р - пьезометрическая линия; Т - трубопровод.

Безнапорное – это движение, характеризуемое наличием свободной поверхности (движение воды в реке, лотке, канале, канализационной трубе). Движение осуществляется под действием сил тяжести. На рис. показано сечение открытого канала с шириной по верху В, глубиной воды в нем h, заложением откосов т.

Свободная струя – поток вовсе не ограничен твердыми стенками. Пример – струя пожарного брандспойта.