3. Основы гидродинамики и гидравлические сопротивления

1. Основы кинематики потока жидкости

Живым сечением , м² называют площадь поперечного сечения потока, нормальную к направлению течения.

Смоченным периметром χ, м называют периметр поперечного сечения потока в пределах соприкосновения с ограждающими его стенками, исключая поверхность, отделяющую поток от газообразной среды.

Расходом жидкости V, м³/с, называют объем жидкости, протекающей за единицу времени τ через живое сечение потока.

Средняя скорость потока w, м/с, - это фиктивная скорость, с которой все частицы жидкости перемещаются так, что количество жидкости, протекающей через рассматриваемое живое сечение равно действительному количеству жидкости, протекающей через это же сечение при действительных скоростях течения:

. (18)

Гидравлический радиус R, м, характеризует размер и форму сечения потока:

. (19)

При установившемся движении жидкости давление и скорость в любой точке пространства, заполненного движущейся жидкостью, с течением времени не изменяются, т.е.

; ; ; .

При неустановившемся движении для скорости и давления характерны функциональные зависимости:

; ; ; .

Существует два режима течения жидкости: ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме жидкость движется струйками или слоями без взаимного перемешивания. При турбулентном режиме, кроме продольно поступательного движения частиц жидкости присутствует и поперечное.

Для суждения о характере движения служит безразмерное число Рейнольдса. С физической точки зрения критерий Рейнольдса есть отношение сил инерции потока к силам трения при его движении:

, (20)

, (21)

где		- сила инерции, Н;
		- сила трения, Н;
		- объем, занимаемый жидкостью, м3;
		- площадь соприкосновения слоев жидкости, м2;
		- характерный линейный размер потока, м;
		- коэффициент динамической вязкости жидкости, Па·с;
		- коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с.

Критерием, определяющим режим потока, служит неравенство

,

где - критическое значение числа Рейнольдса.

На основании экспериментальных опытов установлено /10/, что нижнее критическое число Рейнольдса для труб при напорном движении = 2320 и верхнее критическое = 10⁴. По устанавливают вид режима движения жидкости.

Если < 2320, то поток будет иметь ламинарный режим движения,

> 10⁴, то - турбулентный режим движения,

2320 < < 10⁴, то – переходный режим движения.

Для открытых русел критическое число Рейнольдса = 580.