83

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

-------------------------------------------------------------------------------------------------

Институт открытого дистанционного образования

В.В. Агеева

Гидравлика

Часть II

Утверждено редакционно-издательским

советом университета в качестве

учебного пособия

Нижний Новгород - 2005

ББК 30.123

А 23

Агеева В.В. Гидравлика. Часть II: Учебное пособие. – Н.Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2005. – 81 с.

ISBN5-87941-342-х

Учебное пособие предназначено для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» 270102 и включает разделы гидродинамики, предусмотренные учебной программой курса.

.

ББК 30.123

ISBN5-87941-342-х

© Агеева В.В., 2005,

© ННГАСУ, 2005

1. Основы гидродинамики

Гидродинамика (точнее, техническая гидродинамика) изучает законы движения жидкости, а также взаимодействие между жидкостью и твердыми телами при их относительном движении. Гидродинамика позволяет использовать эти законы при решении задач в области водоснабжения, канализации, газоснабжения, вентиляции, гидротехники и т.д. [6].

Теория технической гидродинамики, изложенная в данном пособии, строится для струйной модели жидкости и основывается на 3-х основных уравнениях, носящих общий характер:

• уравнение несжимаемости и неразрывности движущейся жидкости (уравнение баланса расхода жидкости);

• уравнение баланса удельной энергии потока (уравнение Бернулли);

• гидравлическое уравнение количества движения.

1.1. Основные понятия и определения. Гидравлические элементы потока

Траектория– путь или след отдельно проходящей частицы жидкости в пространстве за определенный промежуток времени, рис. 1.

Линия тока– кривая линия, проведенная через последовательно расположенные точки жидкости таким образом, что векторы скоростей будут к ней касательными в какой-то момент времени, рис. 2.

Рис. 1. Схема траектории

Таким образом, траектория движения характеризует путь одной частицы;линия тока – направление движения различных частиц, принадлежащих этой линии.

Элементарная струйка– пучок линий тока, проведенных для одного и того же момента времени (аналогия: взять кабель и посмотреть на срез, там много мелких проводков).

Рис. 2. Линия тока

Поток– совокупность элементарных струек. На рис. 3:abcd – поток;kl – элементарная струйка;mn –линия тока.

Живое сечение потокаω, м² – сечение, проведенное перпендикулярно средним скоростям или линиям тока.

Смоченный периметр, м, – периметр той части поперечного сечения русла, которая смочена движущейся жидкостью.

Гидравлический радиусR – отношение живого сечения потока к смоченному периметру

, м. (1)

Гидродинамическое давлениер, Па, – внутреннее давление движущейся жидкости, отнесенное к единице поверхности. Когда возникает движение жидкости? Вследствие перепада давлений. При этом возникают скорости.

Рис. 3. Поток

Рис. 4. Гидравлические

элементы потока

Скоростьпотока в различных его точках различна. Для упрощения расчетов вводят понятие средней скоростиυ. 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.

Рис. 5. Гидродинамическое

давление

По теории Прандтля, в действительном потоке местная скорость на оси потока (в центре тяжести потока) имеет максимальное значение , а у стенок местная скорость равна нулю0. Введя расчетную эпюру, считают, что скорость равна по всему живому сечению своему среднему значениюυ,м/с.

Рис. 6. Эпюра скоростей движения жидкости в трубе

Расход жидкости– объем жидкости, проходящий через живое сечение за единицу времени

, м³/с. (2)