2. Гидродинамика. Основные характеристики движения жидкостей

2.1.Основные термины, понятия, характеристики

Гидродинамика рассматривает законы течения жидкостей.

Движущей силой течения является разность давлений, которая создается с помощью насосов, или вследствие разности уровней или плотностей жидкости. Основной расчетной характеристикой в гидродинамике как раз и является разность давлений, а, следовательно – и количество энергии, необходимое для перемещения определенного объема жидкости с заданной скоростью. В некоторых случаях решается обратная задача: при известном перепаде давлений определяется скорость истечения. Многообразие вариантов движения жидкостей приводит к необходимости различать внутреннюю и внешнюю задачи гидродинамики. Внутренняя задача связана с течением жидкости по трубам и каналам. Внешняя задача связана с обтеканием жидкостями твердых тел. Рассматриваются также смешанные задачи гидродинамики, которые трудно однозначно отнести к внутренним или внешним. Тем не менее, основные понятия и характеристики движения жидкостей сформировались применительно к внутренней задаче. Рассмотрим основные из них.

2.2.Скорость и расход жидкости.

Поток жидкости — это часть неразрывно движущейся жидкости, ограниченная твердыми деформируемыми или недеформируемыми стенками, образующими русло потока. Потоки, имеющие свободную поверхность, называются безнапорными. Потоки, не имеющие свободной поверхности, называются напорными. Живым сечением потока называется поверхность в пределах потока, нормальная в каждой своей точке к соответствующей линии тока (или осреднениой местной скорости). В гидравлике обычно принимают за живое сечение площадь плоскости, нормальную к направлению средней скорости потока и ограниченную стенками трубки или русла.

Периметр живого сечения, по которому поток соприкасается с руслом, называется смоченным периметром.

Скорость жидкости (w) имеет общефизическую трактовку. Особенностью является то, что в каждой точке потока она имеет, как правило, свои значения, например, по оси трубы – максимальные, на стенке – нулевые. Поэтому в расчетах обычно используют не истинное значение скорости, а среднюю (фиктивную) скорость. Расходом жидкости называют ее количество, протекающее через поперечное сечение потока («живое» сечение, т.е. затопленное сечение трубопровода или канала) – S в единицу времени. Различают объемный расход и массовый расход (М, кг/с, кг/ч). Объемный расход и средняя скорость связаны между собой зависимостями:

Массовый расход определяется произведением:

где - плотность жидкости, кг/м³

Гидравлический радиус и эквивалентный диаметр – это условные геометрические характеристики, применяемые в расчетах процессов течения жидкостей по каналам нецилиндрической формы, в том числе – при течении в межзерновом пространстве, например, через слой обжигаемого материала в шахтной печи дымовых газов. Под гидравлическим радиусом (rг) понимают отношение площади «живого» сечения канала, через которое протекает жидкость, к смоченному периметру:

где S - площадь сечения потока жидкости, м

П - смоченный периметр,

Диаметр, выраженный через гидравлический радиус, называют эквивалентным диаметром: