1. Основні поняття про лінію току, трубку, струминку.

Гідродинаміка - розділ гідравліки, що вивчає рух рідини, а також взаємодію між рідиною та твердими тілами в процесі відносного руху.

Динаміка рідини - розділ гідродинаміки, в якому вивчаються закони руху рідини в залежності від діючих сил.

Кінематика рідини - розділ гідродинаміки, в якому розглядаються види і форми рухів рідини без урахування сил, під дією яких відбувається рух.

Кінематика рідини суттєво відрізняється від кінематики твердого тіла. Швидкість будь-якої точки рідини є функцією координат цієї точки, а інколи і часу. Частинка рідини при русі характеризується густиною, місцевою швидкістю і гідродинамічним тиском.

Розрізняють два види руху:

Вихровий рух - при якому крім поступального руху відбувається обертання частинок рідини навколо осей, що проходять через них.

Потенційний рух - при якому відсутнє обертання частинок рідини.

Задача кінематики рідини полягає в визначенні швидкості рідини в будь-якій точці, тобто знаходження поля швидкостей. Течія рідин може бути усталеною (стаціонарною), або неусталеною (нестаціонарною).

Стаціонарна течія - течія ідеальної рідини незмінна за часом і при якій тиск та швидкість е функціями координат, а не часу. Тобто

(1)

де індекси вказують на проекції на осі системи координат, що жорстко зв'язана з руслом.

Нестаціонарна течія - течія рідини, всі характеристики якої (або деякі) змінюються за часом в точках, що розглядаються:

(2)

При стаціонарні течії траєкторії частинок рідини в даній частині простору незмінні за часом. Тоді як при нестаціонарній течії траєкторії змінюються. Тому для кожного моменту часу вводять поняття лінії току.

Лінія току - крива, в кожній точці якої вектор швидкості в даний момент часу направлений по дотичній.

Рисунок 5.1- Лінія току не стаціонарної течії.

Якщо в рухомі рідині взяти елементарний замкнений контур і через всі його точки провести лінію току, то утвориться трубчаста поверхня. Її називають трубкою току.

Елементарна струминка – частина потоку, що знаходиться всередині трубки потоку. При прямуванні поперечних її розмірів до нуля вона перетворюється в лінію току.

Рисунок 5.2 – Струминка.

Розглядаючи рух рідини вважають що вона протікає по струминках. Причому сусідні струминки ковзають одна по одні не змішуючись.

Вихрова лінія – це лінія дотична у всіх точках до вертикалі кутової швидкості частинок.

Вихрова трубка – поверхня, обмежена вихровими лініями які проходять через всі точки контуру рідини.

Вихровий шнур – маса рідини, що знаходиться в середині вихрової трубки.

Рисунок 5.3 – Вихрова лінія та вихровий шнур.

2. Номінальний перетин, витрати. Потік рідини. Середня швидкість потоку.

Живий переріз - поверхня у межах току, що проведена нормально до току площею .

Елементарпа об'ємна втрата - (витрата елементарної струминки) це кість рідини, що протікає через цей живий переріз за одиницю часу.

dQ=udω (3)

Витрата рідини: (4)

Потік рідини - кінцевий об'єм рідини, що рухається. Середня швидкість руху рідини - однакова (недійсна) для усіх точок

живого перерізу швидкість руху, при якій витрата дорівнює дійсній:

(5)

Змочений периметр χ - частина довжини периметра, де потік дотикається до стінки русла.

Гідравлічний радіус R - відношення площі живого перерізу до довжени змоченого периметру.

R=ω/χ (6)

Безнапірний потік - потік, що має вільну поверхню рідини на якій тиск, як правило, дорівнює атмосферному.

Напірний потік – потік, що дотикається у всіх точках до стінок русла і рухається за рахунок тиску рідини.

Гідравлічний струмінь - струмінь, що обмежений з усіх боків вільною поверхнею (газом).

Рисунок 5.4 – Безнапірний та напірні потоки.