Относительное движение жидкости и тяжёлого тела
Падение тела в неподвижной жидкости (и газе) является ускоренным. Однако, существенный прирост скорости наблюдается лишь на малой части траектории падения. Поэтому путь тела в жидкости (газе) условно делят на два участка: ускоренного падения и равномерного (приблизительно) падения. Причиной смены ускоренного движения на равномерное является рост силы лобового сопротивления при увеличении скорости относительного движения (рис. 7).
F*
Рис. 7. Схема сил, действующих на падающее в жидкости тело (шар):
F*, FA и FT – сила лобового сопротивления, архимедова и тяжести соответственно.
F* = С* fш 2отн / 2, |
(16) |
|
(17) |
|
(18) |
,
,
где F*, FA и FT – силы лобового сопротивления, архимедова и тяжести соответственно, Н; fш, Vш и mш – площадь поперечного сечения (м2), объём (м3) и масса (кг) шара соответственно; С* – коэффициент лобового сопротивления; отн – скорость относительного движения, м/с.
При равномерном падении отн = в. По формуле П. Риттингера:
|
(19) |
,
где в – скорость витания, м/с; dш – диаметр шара, м; ρш – плотность материала шара, кг/м3.
Скоростью витания называется скорость равномерного падения тела относительно жидкости.
Если восходящему потоку жидкости сообщить скорость витания, тело «зависнет» в потоке, т.е. будет витать. Чтобы удалить тело восходящим потоком, скорость последнего должна превышать скорость витания.
Следует иметь ввиду, что не во всякой жидкости тяжёлое тело (ρш > ρ) может тонуть. Так, в бингамовской жидкости (БЖ), при условии
Т + FА = FТ, |
(20) |
где Т = τ0 · fпов - касательная сила (Н), вызванная наличием начального напряжения сдвига τ0, распределённого вдоль площади поверхности тела (шара) fпов, тело тонуть не будет. В этом случае С* → ∞, В → 0.
Подземная гидромеханика
Подземная гидромеханика (механика подземных флюидов, подземная гидрогазомеханика) – наука о законах равновесия и фильтрации подземных флюидов и подземной суффозии.
Фильтрация – это движение подземных флюидов через подземные коллекторы.
Подземными флюидами являются подземные тела, обладающие свойством текучести, т.е. способные перемещаться (течь) под действием сравнительно малых усилий. Следовательно, подземные флюиды – это жидкости в широком смысле. К ним можно отнести подземные капельные жидкости (нефть, воду, рассолы, жидкие руды и др.), подземные газы (воздух, метан и др.), подземные ГЖС (газожидкостные смеси: нефть + природный горючий газ) и подземные аморфные тела (асфальтовые природные битумы).
Подземными коллекторами являются естественные или искусственные проницаемые для флюидов подземные объекты, имеющие соединённые между собой пустоты – поры, трещины, жилы.
Подземными коллекторами могут быть почвы, горные породы, тампонажные материалы скважин, гравийные обсыпки фильтров и др.
Подземной суффозией называется процесс транспортирования подземным флюидом в подземном коллекторе минеральных частиц, растворённых веществ и коллоидных частиц. Соответственно различают механическую, химическую и коллоидную суффозии.
Уравнения подземной гидромеханики