Гидродинамика. Движение жидкости

Содержание

Слайд 2

Гидравлические элементы потока

Линия тока – кривая, проведенная внутри потока так, что

Гидравлические элементы потока Линия тока – кривая, проведенная внутри потока так, что
в данный момент времени векторы скорости во всех точках этой кривой касательны к ней

В точках пространства 1, 2, .. i жидкость обладает разными скоростями и давлениями

U, p

U, p

Траектория жидкой частицы – геометрическое место точек, являющихся последовательными положениями движущейся частицы

Если в движущейся жидкости построить достаточно малый замкнутый контур и через все его точки провести линии тока, образуется поверхность – трубка тока.

dS

u

Часть потока, заключенная внутри трубки тока – элементарная струйка

Слайд 3

Элементарная струйка и поток жидкости

Поток жидкости – совокупность элементарных струек, движущихся с

Элементарная струйка и поток жидкости Поток жидкости – совокупность элементарных струек, движущихся
разными скоростями

Живое (поперечное) сечение – сечение, перпендикулярное направлению скоростей

S=πd2/4

-площадь сечения

Π=πd

-смоченный периметр

Для напорного течения:

Слайд 4

Расход и средняя скорость

Расход – количество жидкости, проходящее через поперечное сечение потока

Расход и средняя скорость Расход – количество жидкости, проходящее через поперечное сечение
за единицу времени

Q=∫dQ=∫uds=v.s

-м3/с, объёмный расход

Qm=ρQ= ρ.v.s

-кг/c, массовый расход

QG=ρgQ= ρ.g.v.s

-н/c, весовой расход

1 литр=10-3 м3

Слайд 5

Уравнение неразрывности

W1=v1. t .s1

- объём через сеч. 1-1

v1. t .s1 =v2. t

Уравнение неразрывности W1=v1. t .s1 - объём через сеч. 1-1 v1. t
.s2

W2=v2. t .s2

- объём через сеч. 2-2

Жидкость несжимаема и в ней невозможно образование пустот. Это условие сплошности или неразрывности движения

v1.s1 =v2.s2=Q=const

v1/ v2 =s2/ s1

- скорости обратно пропорциональны площадям сечений

ρ1.v1.s1 = ρ2.v2.s2=Qm=const

- для газа

Слайд 6

Виды энергии жидкости

Энергия жидкости

Ez = mgz

Ep = Fx=p.s.x=pV=mp/ρ

Ek=T.x= Fи . x =m

Виды энергии жидкости Энергия жидкости Ez = mgz Ep = Fx=p.s.x=pV=mp/ρ Ek=T.x=
a .x= m . v/t . v/2 . t = mv2/2

Слайд 7

Закон сохранения энергии – уравнение Бернулли 1. Идеальная жидкость, элементарная струйка

E = dmgz+

Закон сохранения энергии – уравнение Бернулли 1. Идеальная жидкость, элементарная струйка E
dmp/ρ+dmu2/2

полная энергия массы dm жидкости

При движении идеальной жидкости полная энергия сохраняется. Возможен переход одного вида энергии в другой

E1 = E2
dmgz1+ dmp1/ρ+dmu12/2=
dmgz2+ dmp2/ρ+dmu22/2

z1+ p1/γ+u12/2g= z2+ p2/γ+u22/2g

Уравнение Бернулли (1738)

Слайд 8

E/W =E/(m/ρ) = ρgz+ p+αρv2/2

Удельная энергия жидкости

Полное давление – энергия единицы

E/W =E/(m/ρ) = ρgz+ p+αρv2/2 Удельная энергия жидкости Полное давление – энергия
объёма, Па

E/G =E/mg = z+ p/γ+αv2/2g=H

- энергия, отнесенная к количеству вещества (объёмному, или массовому, или весовому) - напор

Гидродинамический напор – полная энергия единицы веса, метры

НАПОР

Слайд 9

2. Поток идеальной жидкости Кинетическая энергия

Ek = ∫dmu2/2=αmv2/2

Кинетическая энергия массы m потока

2. Поток идеальной жидкости Кинетическая энергия Ek = ∫dmu2/2=αmv2/2 Кинетическая энергия массы
жидкости – сумма энергий отдельных струек

Коэффициент Кориолиса α - отношение действительной кинетической энергии к энергии, определяемой по средней скорости

Чем больше неравномерность скоростей u, тем больше α. Для ламинарного режима α=2, для турбулентного α=1,1−1,2 (на практике принимается 1).

Слайд 10

Потенциальная энергия

Eп = ∫dm(gz+ p/ρ) =∫dm(gz+ p/ρ)= =mgz+ mp/ρ

Потенциальная энергия массы m

Потенциальная энергия Eп = ∫dm(gz+ p/ρ) =∫dm(gz+ p/ρ)= =mgz+ mp/ρ Потенциальная энергия
потока жидкости – сумма энергий отдельных струек

pв+ ρ⋅g⋅zв = pн+ ρ⋅g⋅zн = p+ ρ⋅g⋅z =const

В сеч. 1-1 нет сил инерции, давление распределяется по гидростатическому закону

В сеч. 2-2 появляется сила инерции, давление НЕ распределяется по гидростатическому закону

Слайд 11

Полная энергия:

m=const, ρ = const:
уравнение
- Бернулли для потока
идеальной

Полная энергия: m=const, ρ = const: уравнение - Бернулли для потока идеальной
жидкости

E = mgz+ mp/ρ+αmv2/2 = const

Слайд 12

3. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости

Потери энергии при движении жидкости от

3. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости Потери энергии при движении жидкости
сеч. 1-1 к сеч. 2-2

E1 = E2 + δE

Потери напора при движении жидкости от сеч. 1-1 к сеч. 2-2

Слайд 13

Гидравлические потери

Потери на местные сопротивления, обусловленные деформацией потока, в связи с

Гидравлические потери Потери на местные сопротивления, обусловленные деформацией потока, в связи с
препятствиями на его пути

Потери на сопротивления по длине, обусловленные силами трения и обтеканием граничных поверхностей

Энергия тратится на работу по преодолению силы трения и на вихреобразование при обтекании микронеровностей стенки турбулентным потоком

Энергия тратится на работу по преодолению силы инерции при деформации потока и на вихреобразование

Слайд 14

Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли

hдл- cопротивления по длине,
∑ hм - местные

Гидравлические сопротивления в уравнении Бернулли hдл- cопротивления по длине, ∑ hм -
сопротивления

z1+ p1/ρg+α1v12/2g= z2+ p2/ρg+α2v22/2g+ h1-2

Слайд 15

Режимы движения

Струйка краски параллельна оси трубы. Слои жидкости не перемешиваются. Ламинарное движение

Режимы движения Струйка краски параллельна оси трубы. Слои жидкости не перемешиваются. Ламинарное
(от латинского lamina – слой)

Струйка краски распалась на отдельные вихри. Слои жидкости перемешиваются в поперечном направлении. Турбулентное движение (от латинского turbulentus – хаотический, беспорядочный)

Слайд 16

Число Рейнольдса Re

Число (критерий) Рейнольдса). Re-мера отношения силы инерции к силе трения

-

Число Рейнольдса Re Число (критерий) Рейнольдса). Re-мера отношения силы инерции к силе
динамический коэффициент вязкости

- кинематический коэффициент вязкости

При увеличении скорости растут силы инерции. Силы трения при этом больше сил инерции и до некоторых пор выпрямляют траектории струек

При некоторой скорости vкр:

Сила инерции Fи > силы трения Fтр, поток становится турбулентным

Слайд 17

Критическое число Рейнольдса Reкр

Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим сменяется турбулентным

Reкр зависит

Критическое число Рейнольдса Reкр Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим сменяется турбулентным
от формы сечения канала

Reкр =2300

Reкр =1600

Слайд 18

Гидравлический диаметр

Характерный линейный размер сечения.
S - площадь сечения; П - смоченный

Гидравлический диаметр Характерный линейный размер сечения. S - площадь сечения; П - смоченный периметр
периметр

Слайд 19

Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха

Формула Дарси-Вейсбаха

λ - коэффициент гидравлического трения, зависит

Потери по длине. Формула Дарси-Вейсбаха Формула Дарси-Вейсбаха λ - коэффициент гидравлического трения,
от режима движения и состояния поверхности трубопровода

l, d – длина и диаметр трубопровода

v – средняя скорость движения

Слайд 20

Местные потери. Формула Вейсбаха

Формула Вейсбаха

ξ - коэффициент местного сопротивления, зависит от

Местные потери. Формула Вейсбаха Формула Вейсбаха ξ - коэффициент местного сопротивления, зависит
его вида и конструктивного выполнения

ξ– приводится в справочной литературе

v – средняя скорость движения

Слайд 21

Коэффициенты местных потерь

Коэффициенты местных потерь

Слайд 22

Lg100 λ

Коэффициент трения

Опыты И. И. Никурадзе (1933) и Г. А. Мурина

Число Рейнольдса

Lg100 λ Коэффициент трения Опыты И. И. Никурадзе (1933) и Г. А. Мурина Число Рейнольдса Re
Re

Слайд 23

Турбулентный режим 1. Гидравлически гладкие трубы

Условие для определения толщины ламинарного слоя

Бугорки шероховатости обтекаются

Турбулентный режим 1. Гидравлически гладкие трубы Условие для определения толщины ламинарного слоя
ламинарным потоком и не влияют на сопротивление

104 ≤ Re ≤105
Блазиус

Re>105

Никурадзе

Слайд 24

Гидравлически шероховатые трубы

Бугорки шероховатости выступают в турбулентное ядро, с них срываются вихри.

Гидравлически шероховатые трубы Бугорки шероховатости выступают в турбулентное ядро, с них срываются
А это дополнительное сопротивление

При увеличении скорости толщина ламинарного слоя уменьшается

При дальнейшем увеличении скорости ламинарный слой очень тонкий. Все бугорки шероховатости выступают в турбулентное ядро и полностью определяют сопротивление трубы.
Re>Reпред

Шифринсон

При Re ≤ Rпред = 568 d / Δэ

Альтшуль

Слайд 25

Формула Дарси-Вейсбаха

Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим)

Формула Пуазейля

При ламинарном режиме

Формула Дарси-Вейсбаха Зависимость потерь по длине от расхода (ламинарный режим) Формула Пуазейля
потери по длине пропорциональны расходу в первой степени
Имя файла: Гидродинамика.-Движение-жидкости.pptx
Количество просмотров: 171
Количество скачиваний: 3