Основні поняття і закони гідравліки - студопедія
1. Основне рівняння гідростатики.
2. Сила тиску рідини на плоску стінку. Центр тиску.
3. Потік рідини і його параметри.
4. Види і режими руху рідини. Критерій Рейнольдса. Характеристика турбулентного потоку.
5. Рівняння нерозривності потоку.
1. У гідростатиці вивчається рівновага рідин, нерухомих відносно стінок посудини (наприклад, цистерна), хоча сам посудину може і рухатися.
- основне рівняння гідростатики.
- закон Паскаля. Відповідно до закону Паскаля, тиск в будь-якій точці об'єму нерухомою рідини дорівнює тиску на поверхні рідини плюс вага стовпчика рідини одиничного перетину (1 м 2) над цією точкою. Звідси випливає, що у всіх точках нерухомої рідини на однаковій глибині hx тиск одне й те саме. Зміна зовнішнього тиску р0 на деяку величину приводить до зміни тиску в усіх точках рідини на ту ж величину.
2. Сила повного гідростатичного тиску на плоску стінку дорівнює гідростатичному тиску в центрі ваги змоченої стінки, помноженому на її змочену поверхню.
Остання формула справедлива також для вертикальної стінки (# 945; = 90 # 730 ;, Hц = lц).
Гідростатичний парадокс: сила тиску рідини на горизонтальне дно судин не залежить від їх форми: h = const; F1 = F2 = F3; P1 = P2 = P3. F- площа дна. При даній щільності сила тиску на горизонтальне дно посудини визначається лише висотою стовпа рідини H і площею F дна посудини:
У разі похилій стінки силу # 929; можна розглянути як суму двох сил: # 929; 1 = p0 F # 929; 2 = # 961; ghц F. Сила # 929; 1 являє собою результуючу рівномірного навантаження і прикладена в центрі ваги площі F. А сила # 929; 2 - рівнодіюча сил надлишкового тиску, розподілених по площі F нерівномірно, тому що зі збільшенням глибини занурення тиск зростає. Отже, точка докладання цієї сили зміщена від центру ваги в бік більшої глибини.
Центр тиску - точка докладання зусиль надлишкового тиску рідини на стінку.
Практичне застосування основного рівняння гідростатики - гідростатичні машини, сполучені посудини. Наприклад, в ХП використовуються гідравлічні преси.
1, 2 - поршні; 3 - пресований матеріал; 4 - нерухома плита.
Сила тиску на поршень 1:
Поршень 2 передасть силу тиску P2 в стільки разів більшу, ніж P1. у скільки разів перетин циліндра 2 більше, ніж циліндра 1.
3.Поток - маса рідини, що рухається, яку направляють твердими стінками.
w1 і w2 - швидкості частинок 1 і 2.
Лінія струму - лінія, в кожній точці якої вектор швидкості частинки збігається з напрямком дотичної (лінія 1-2-3).
Трубка струму - сукупність ліній струму, проведених через всі крапки контуру елементарного живого перетину.
Елементарна цівка - пучок ліній струму, що проходять через трубку струму.
Живе перетин потоку - поперечний переріз потоку площиною, нормальної до напрямку швидкості рідини (S).
Змочений периметр - частина контуру живого перетину, по якій потік стикається з твердими стінками (П).
Гідравлічний радіус потоку Rг - відношення площі живого перетину S до соковитий периметру П:
Еквівалентний діаметр d е дорівнює учетверенному гідравлічному радіусу:
Абсолютна шорсткість стінок # 8710; - це середня висота виступів нерівностей, виміряна в лінійних одиницях.
Відносна шорсткість - це відношення абсолютної шорсткості до діаметра труби:
Витрата рідини - кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку в одиницю часу. Об'ємна витрата вимірюється в. масова витрата в.
Швидкість частинок рідини максимальна близько осі труби, а в міру наближення до стінок вона зменшується. У розрахунках зазвичай використовують середню швидкість. Середня швидкість руху потоку дорівнює відношенню об'ємної витрати до площі живого перетину потоку:
Швидкість рідини в даній точці - місцева (локальна) швидкість.
4. Рух рідини може бути усталеним (стаціонарним) і несталим (нестаціонарним).
При нестаціонарному русі параметри рідини (тиск, швидкість) залежать від часу, при стаціонарному - не залежать.
Напірне рух - потік повністю заповнює поперечний переріз труби, безнапірні - неповністю.
Рівномірний рух - уздовж труби швидкість рідини постійна, нерівномірне - змінна.
Вперше режими течії рідини вивчалися Рейнольдсом в 1883р.
Режим руху рідини може бути ламінарним (струйчатим) або турбулентним (вихровим). При ламінарному режимі всі частинки рідини рухаються по паралельних траєкторіями, поперечне перемішування відсутня. При турбулентному режимі частинки рідини рухаються по хаотичним траєкторіях, хоча вся маса рідини переміщається в одному напрямку.
Перехід від ламінарного режиму до турбулентного відбувається тим легше, чим більше масова швидкість рідини і діаметр труби і тим менше в'язкість рідини.
Критерій Рейнольдса Re:.
Він є мірою співвідношення між силами в'язкості та інерції в рухомому потоці.
Перехід від ламінарного режиму до турбулетность характеризується критичним значенням Re.
Для прямих гладких труб при Re<2320 – устойчивый ламинарный режим; 2320
Мал. епюра швидкостей для турбулентного режиму.
Безпосередньо у самій стінки тербулентного потоку є ламінарний підшар дуже малої товщини # 948 ;. В межах цього шару відбувається різке зростання швидкості від нуля на стінці до кінцевої величини на її кордоні. При подальшому видаленні від стінки відбувається перехід в турбулентний ядро.
5. За умови недеформіруемое і непроникності стінок для потоку рідини можна записати (для стаціонарного режиму):
- рівняння нерозривності (суцільності) потоку, або сталості витрати рідини.
Для нестисливої рідини (# 961; = const):
або. тобто середні швидкості потоку обернено пропорційні площам живих перетинів.
Рівняння сталості витрати висловлює матеріальний баланс потоку і є окремим випадком закону збереження маси.