Типы потоков жидкости
Совокупность элементарных струек жидкости представляет собой поток жидкости. Различают следующие типы потоков (или типы движений жидкости).
Напорные потоки (напорные движения) — это такие, когда поток ограничен твердыми стенками со всех сторон, при этом в любой точке потока давление отличается от атмосферного обычно в большую сторону, но может быть и меньше атмосферного. Движение в этом случае происходит за счёт напора, создаваемого, например, насосом или водонапорной башней. Давление вдоль напорного потока обычно переменное. Такое движение имеет место во всех гидроприводах технологического оборудования, водопроводах, отопительных системах и т.п.
Безнапорные потоки (безнапорные движения) отличаются тем, что поток имеет свободную поверхность, находящуюся под атмосферным давлением. Безнапорное движение происходит под действием сил тяжести самого потока жидкости. Давление в таких потоках примерно одинаково и отличается от атмосферного только за счет глубины потока. Примером такого движения может быть течение воды в реке, канале, ручье.
Свободная струяне имеет твёрдых стенок. Движение происходит под действием сил инерции и веса жидкости. Давление в таком потоке практически равно атмосферному. Пример свободной струи – вытекание жидкости из шланга, крана и т.п.
Гидравлические характеристики потока жидкости
В гидравлике различают следующие характеристики потока: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, расход, средняя скорость.
Живым сечением потока называется поверхность (поперечное сечение), нормальная ко всем линиям тока, его пересекающим, и лежащая внутри потока жидкости. Площадь живого сечения обозначается буквой ω. Для элементарной струйки жидкости используют понятие живого сечения элементарной струйки (сечение струйки, перпендикулярное линиям тока), площадь которого обозначают через dω.
Смоченный периметр потока – линия, по которой жидкость соприкасается с поверхностями русла в данном живом сечении. Длина этой линии обозначается буквой .
В напорных потоках смоченный периметр совпадает с геометрическим периметром, так как поток жидкости соприкасается со всеми твёрдыми стенками.
Гидравлическим радиусом R потока называется часто используемая в гидравлике величина, представляющая собой отношение площади живого сечения S к смоченному периметру :
При напорном движении в трубе круглого сечения гидравлический радиус будет равен:
,
т.е. четверти диаметра, или половине радиуса трубы.
Для безнапорного
потока прямоугольного сечения с размерами 
гидравлический
радиус можно вычислить по формуле
.
Свободная поверхность жидкости при определении смоченного периметра не учитывается.
Расход потока жидкости (расход жидкости) – количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.
Различают объёмный, массовый и весовой расходы жидкости.
Объёмный расход жидкости это объём жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Объёмный расход жидкости измеряется обычно в м3/с, дм3/с или л/с. Он вычисляется по формуле
,
где Q — объёмный расход жидкости,
V — объём жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Массовый расход жидкости это масса жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Массовый расход измеряется обычно в кг/с, г/с или т/с и определяется по формуле
где QM — массовый расход жидкости,
M — масса жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Весовой расход жидкости это вес жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Весовой расход измеряется обычно в Н/с, КН/с. Формула для его определения выглядит так:
где QG — весовой расход жидкости,
G — вес жидкости, протекающий через живое сечение потока,
t – время течения жидкости.
Чаще всего используется объёмный расход потока жидкости. С учётом того, что поток складывается из элементарных струек, то и расход потока складывается из расходов элементарных струек жидкости dQ.
Расход элементарной струйки – объем жидкости dV, проходящей через живое сечение струйки в единицу времени. Таким образом:
Если последнее выражение проинтегрировать по площади живого сечения потока можно получить формулу объёмного расхода жидкости, как сумму расходов элементарных струек
Применение этой формулы в расчетах весьма затруднительно, так как расходы элементарных струек жидкости в различных точках живого сечения потока различны. Поэтому в практике для определения расхода чаще пользуются понятием средней скорости потока.
Средняя скорость потока жидкости Vср в данном сечении это не существующая в действительности скорость потока, одинаковая для всех точек данного живого сечения, с которой должна была бы двигаться жидкость, что бы её расход был равен фактическому.
studfiles.net
Поток жидкости и его параметры
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
Поток жидкости характеризуется такими параметрами как площадь живого сечения S, расход жидкости Q(G), средняя скорость движения v.
Живое сечение потока — это сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости.
Векторы скорости частиц имеют некоторое расхождение в потоке жидкости.
Живым сечением потока жидкости называется сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости.
Рис. Векторы скорости потока жидкости (а) и живое сечение потока (б)
Поэтому живое сечение потока — криволинейная плоскость (рис. а, линия I—I) В виду незначительного расхождения векторов скорости в гидродинамике за живое сечение принимается плоскость, расположенная перпендикулярно скорости движения жидкости в средней точке потока.
Расход жидкости — это количество жидкости, протекающей через живое сечение потока в единицу времени. Расход может определяться в массовых долях G и объемных Q.
Средняя скорость движения жидкости — это средняя скорость частиц в живом сечении потока.
Если в живом сечении потока, движущегося, например, в трубе, построить векторы скорости частиц и соединить концы этих векторов, то получится график изменения скоростей (эпюра скоростей).
Рис. Распределение скоростей движения жидкости в живом сечении трубы при течении: а — турбулентном; б — ламинарном
Если площадь такой эпюры разделить на диаметр данной трубы, то получится значение средней скорости движения жидкости в данном сечении:
Vcр = Sэ/d,
где Sэ — площадь эпюры местных скоростей; d — диаметр трубы
Объемный расход жидкости рассчитывается по формуле:
Q = Sэ*Мср,
где Q — площадь живого сечения потока.
Параметры потока жидкости определяют характер движения жидкости. При этом оно может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, неразрывным и кавитационным, ламинарным и турбулентным.
Если параметры потока жидкости не изменяются во времени, то ее движение называется установившимся.
Равномерным называется движение, при котором параметры потока не изменяются по длине трубопровода или канала. Например, движение жидкости по трубе постоянного диаметра является равномерным.
Неразрывным называется движение жидкости, при котором она перемещается сплошным потоком, заполняющим весь объем трубопровода.Отрыв потока от стенок трубопровода или от обтекаемого предмета приводит к возникновению кавитации.
Кавитацией называется образование в жидкости пустот, заполненных газом, паром или их смесью.
Кавитация возникает в результате местного уменьшения давления ниже критического значения pкр при данной температуре (для воды ркр= 101,3 кПа при Т= 373 К или ркр= 12,18 кПа при Т= 323 К и т. д.). При попадании таких пузырьков в зону, где давление выше критического, в эти пустоты устремляются частицы жидкости, что приводит к резкому возрастанию давления и температуры. Поэтому кавитация неблагоприятно отражается на работе гидротурбин, жидкостных насосов и других элементов гидравлических устройств.
Ламинарное движение — это упорядоченное движение жидкости без перемешивания между ее соседними слоями. При ламинарном течении скорость и силы инерции, как правило, невелики, а силы трения значительны. При увеличении скорости до некоторого порогового значения ламинарный режим течения переходит в турбулентный.
Турбулентное движение — это течение жидкости, при котором ее частицы совершают неустановившееся беспорядочное движение по сложным траекториям. При турбулентном течении скорость жидкости и ее давление в каждой точке потока хаотически изменяется, при этом происходит интенсивное перемешивание движущейся жидкости.
Для определения режима движения жидкости существуют условия, согласно которым скорость потока может быть больше или меньше той критической скорости, когда ламинарное движение переходит в турбулентное и наоборот.
Однако установлен и более универсальный критерий, который называют критерием или числом Рейнольдса:
Re = vd/V,
где Re — число Рейнольдса; v — средняя скорость потока; d — диаметр трубопровода; V — кинематическая вязкость жидкости.
Опытами было установлено, что в момент перехода ламинарного режима движения жидкости в турбулентный Re = 2320.
Число Рейнольдса, при котором ламинарный режим переходит в турбулентный, называется критическим. Следовательно, при Re < 2320 движение жидкости — ламинарное, а при Re > 2320 — турбулентное. Отсюда критическая скорость для любой жидкости:
vкр = 2320v/d
ustroistvo-avtomobilya.ru
3. Гидродинамика Поток жидкости и его параметры. Виды и режимы течения жидкости.
Гидродинамика – раздел механики, изучающий движение жидкостей и газов (в интервале дозвуковых скоростей, а также их взаимодействие с твердыми и жидкими телами, находящимися в жидкости или газе).
Движение жидкостей, называемое потоком жидкости, происходит по открытым или закрытым каналам (трубопроводам). Движение жидкости, не имеющей открытой поверхности, называется напорным движением. Напорные потоки занимают весь объём закрытого трубопровода. Движение по рекам, лоткам, каналам называется безнапорным. Движение жидкости, при котором её скорость в любой точке занятого жидкостью пространства, не меняется во времени, называется установившимся или стационарным движением. Поверхность, проведённая нормально к направлению движения жидкостей, называется поперечным или живым сечением потока. Линия, по которой ограничивается живое сечение потока жидкости, называется смоченным периметром.
Линия
тока ─
это кривая, проведенная в движущейся
жидкости в данный момент времени так,
что в каждой точке векторы скорости 
совпадают с касательными к этой кривой.
Рисунок 3.1─ Линия тока
Нужно различать траекторию и линию тока. Траектория характеризует путь, проходимый одной определенной частицей, а линия тока направление движения в данный момент времени каждой частицы жидкости, лежащей на ней.
При установившемся движении линии тока совпадают с траекториями частиц жидкости. При неустановившемся движении они не совпадают, и каждая частица жидкости лишь один момент времени находится на линии тока, которая сама существует лишь в это мгновение. В следующий момент возникают другие линии тока, на которых будут располагаться другие частицы. Еще через мгновение картина опять меняется.
Если выделить в движущейся жидкости элементарный замкнутый контур площадью dω и через все точки этого контура провести линии тока, то получится трубчатая поверхность, которую называют трубкой тока.
Рисунок 3.2 ─ Трубка тока
Часть потока, ограниченная поверхностью трубки тока, называется элементарной струйкой жидкости. Таким образом, элементарная струйка жидкости заполняет трубку тока и ограничена линиями тока, проходящими через точки выделенного контура с площадью dω. Если dω устремить к 0, то элементарная струйка превратится в линию тока.
Из приведённых выше определений вытекает, что в любом месте поверхности каждой элементарной струйки (трубки тока) в любой момент времени вектора скоростей направлены по касательной (и, следовательно, нормальные составляющие отсутствуют). Это означает, что ни одна частица жидкости не может проникнуть внутрь струйки или выйти наружу. При установившемся движении элементарные струйки жидкости обладают рядом свойств:
─ площадь поперечного сечения струйки и ее форма с течением времени не изменяются, так как не изменяются линии тока;
─ проникновение частиц жидкости через боковую поверхность элементарной струйки не происходит;
─ во всех точках поперечного сечения элементарной струйки скорости движения одинаковы вследствие малой площади поперечного сечения;
─ форма, площадь поперечного сечения элементарной струйки и скорости в различных поперечных сечениях струйки могут изменяться.
Трубка тока является как бы непроницаемой для частиц жидкости, а элементарная струйка представляет собой элементарный поток жидкости. При неустановившемся движении форма и местоположение элементарных струек непрерывно изменяются.
Расход потока жидкости (расход жидкости) – количество жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока. Различают объёмный, массовый и весовой расходы жидкости.
Объёмный расход жидкости это объём жидкости, протекающей в единицу времени через живое сечение потока.
Объёмный расход жидкости измеряется обычно в м3/с, дм3/с или л/с. Он вычисляется по формуле
(3.1)
где 
─
объёмный расход жидкости; 
─
объём жидкости, протекающей через живое
сечение потока; 
─
время
течения жидкости.
С
учётом того, что поток складывается из
элементарных струек, то и расход потока
складывается из расходов элементарных
струек жидкости 
.
Расход
элементарной струйки –
объем жидкости 
,
проходящей через живое сечение струйки
в единицу времени.
Таким образом,
(3.2)
Если последнее выражение проинтегрировать по площади живого сечения потока можно получить формулу объёмного расхода жидкости, как сумму расходов элементарных струек
Применение этой формулы в расчетах весьма затруднительно, так как расходы элементарных струек жидкости в различных точках живого сечения потока различны. Поэтому в практике для определения расхода чаще пользуются понятием средней скорости потока.
Средняя
скорость потока жидкости 
в
данном сечении это не существующая в
действительности скорость потока,
одинаковая для всех точек данного живого
сечения, с которой должна была бы
двигаться жидкость, что бы её расход
был равен фактическому.
studfiles.net
Основные характеристики потока жидкости.
Поиск ЛекцийПоток жидкости.Под потоком жидкости подразумевается движение безразмерного множества отдельных частиц, которые движутся по своим траекториям. Как и в гидростатике, основной искомой величиной является величина гидростатического давления, а также значения скорости, расхода и т.п. при условии движения всех частиц жидкости.
Скорость течения потока. Под скорость движения потока жидкости подразумевается суммарное передвижение всех частиц потока в одном направлении. В связи представлением о скорости потока необходимо ввести ряд определений скорости.
Локальная скорость течения.Локальной скоростью движения жидкости является скорость движения безразмерно малой частицы жидкости.
Средней скоростью течения.Под средней скоростью движения потока жидкости подразумевается суммарное передвижение всех частиц потока в одном направлении, проходящее через площадку перпендикулярную векторам скорости. Локальная и средняя скорость движения потока жидкости связаны выражением:
, (31)
где — локальная скорость; — площадь поперечного сечения движению потока.
Установившийся (стационарный) поток движение жидкости.Установившимся потоком движение жидкости является поток, скорость в котором не зависит от времени рис 2.2.6.
Рис. 2.2.6.
Переменный, установившийся (квазистационарный) поток движения жидкости.Квазистационарным установившимся потоком движения жидкости является поток, скорость в котором меняется в установленном порядке от времени, рис 2.2.8.
Рис. 2.2.7.
Неустановившийся (нестационарный) поток движение жидкости.Неустановившимся потоком движение жидкости является поток, скорость в котором зависит только от времени, рис 2.2.8.
Рис. 2.2.8.
Элементарная струйка. Понятие об элементарной струйке жидкости дает возможность рассматривать группу струек, движущихся совместно. Элементарна струйка (линяя тока) рис.2.2.9 может быть представлена как кривая, проходящая мгновенно совместно с такими же частицами, скорость которых направлены по касательной к этой кривой.
При этом установившееся движение можно представить как совокупность элементарных струек (линий тока), движущихся с равными скоростями частиц скользящими одна по другой. Линии тока в этом случае можно рассматривать как отдельные линии потока, к которым стремятся элементарные струйки при бесконечном уменьшении площадей их сечения. Такая совокупность движущихся струек образует поток жидкости.
Рис.2.2.9.
Траектория движения частицы не является линией тока. В частном случае (стационарный режим движения) линия тока совпадает с траекторией и описывается функцией траектории.
Расход жидкости.Произведение площади элементарной струйку потока жидкости на величину локальной скорости движения U представляет некоторое количество жидкости. Это количество жидкости называется элементарным объемным расходом
. (32)
Определение расхода всего потока жидкости затрудняется не знанием закона распределения скоростей по сечению.
В этом случае можно записать:
(33)
Предполагая толкование средней скорости потока как выражение:
(34)
Исходя из выражения (34) можно записать:
(35)
В отдельных случаях секундный расход жидкости измеряют в весовых единицах, в кгс/сек. Такой элементарный расход называют весовым:
(36)
Смоченный периметр. Часть периметра поперечного сечения, образуемое твердыми стенками, входящее в контакт с потоком жидкости, называется смоченным периметром. Следовательно, при напорном движении смоченный периметр меньше полного периметра поперечного сечения
Рис.2.2.10.
Гидравлический радиус. Гидравлический радиус представляют собой отношение площади поперечного сечения потока к его смоченному периметру Псм:
, (37)
где — площадь поперечного сечения; Псм смоченный периметр.
Эквивалентный диаметр.Эквивалентный диаметр используется, как правило, в вентиляционной технике. Эквивалентный диаметр равен четырем гидравлическим радиусам.
(38)
Рекомендуемые страницы:
Поиск по сайту
poisk-ru.ru
Поток жидкости и его параметры
Поток жидкости характеризуется такими параметрами как площадь живого сеченияS, расход жидкости Q(G), средняя скорость движения υ.
Живое сечение потока — это сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости.
Векторы скорости частиц имеют некоторое расхождение в потоке жидкости.
Живым сечением потока жидкости называется сечение, которое перпендикулярно в каждой точке скорости частиц потока жидкости. Поэтому живое сечение потока — криволинейная плоскость (рис. 2, а, линия I—I). В виду незначительного расхождения векторов скорости в гидродинамике за живое сечение принимается плоскость, расположенная перпендикулярно скорости движения жидкости в средней точке потока (рис. 2, б).
Рис. 2. Векторы скорости потока жидкости (а) и живое сечение потока (б)
Расход жидкости — это количество жидкости, протекающей через живое сечение потока в единицу времени. Расход может определяться в массовых долях G и объемных Q.
Средняя скорость движения жидкости — это средняя скорость частиц в живом сечении потока.
Если в живом сечении потока, движущегося, например, в трубе, построить векторы скорости частиц и соединить концы этих векторов, то получится график изменения скоростей (эпюра скоростей) (рис. 3).
Рис. 3. Распределение скоростей движения жидкости в живом сечении трубы при течении: а — турбулентном; б — ламинарном
Если площадь такой эпюры разделить на диаметр данной трубы, то получится значение средней скорости движения жидкости в данном сечении:
где Sэ — площадь эпюры местных скоростей;
d — диаметр трубы.
Объемный расход жидкости рассчитывается по формуле
где Q — площадь живого сечения потока.
Параметры потока жидкости определяют характер движения жидкости. При этом оно может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, неразрывным и кавитационным, ламинарным и турбулентным.
Похожие статьи:
poznayka.org
20. Характеристики потока жидкости. Гидравлика
20. Характеристики потока жидкости
В гидравлике потоком считают такое движение массы, когда эта масса ограничена:
1) твердыми поверхностями;
2) поверхностями, которые разделяют разные жидкости;
3) свободными поверхностями.
В зависимости от того, какого рода поверхностями или их сочетаниями ограничена движущаяся жидкость, различают следующие виды потоков:
1) безнапорные, когда поток ограничен сочетанием твердой и свободной поверхностей, например, река, канал, труба с неполным сечением;
2) напорные, например, труба с полным сечением;
3) гидравлические струи, которые ограничены жидкой (как мы увидим позже, такие струйки называют затопленными) или газовой средой.
Живое сечение и гидравлический радиус потока. Уравнение неразрывности в гидравлической форме
Сечение потока, с которого все линии тока нормальны (т. е. перпендикулярны), называется живым сечением.
Чрезвычайно важное значение имеет в гидравлике понятие о гидравлическом радиусе
Для напорного потока с круглым живым сечением, диаметром d и радиусом r0, гидравлический радиус выражается
При выводе (2) учли
Расход потока – это такое количество жидкости, которое проходит через живое сечение за единицу времени.
Для потока, состоящего из элементарных струек, расход:
где dQ = d? – расход элементарного потока;
U– скорость жидкости в данном сечении.
Q = uw.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru
Поток жидкости
Поток жидкости представляет собой совокупность элементарных струек жидкости. По этой причине основные кинематические характеристики потока во многом совпадают по своему смыслу с аналогичными характеристиками для элементарной струйки жидкости. Тем не менее, различия всё же имеются. Так в отличие от элементарной струйки, которая отделена от остальной жидкости поверхностью трубки тока, образованной линиями тока, поток жидкости имеет реальные границы в виде твёрдой среды, газообразной или жидкой сред. По типу границ потоки можно разделить на следующие виды:
напорные, когда поток ограничен твёрдой средой по всему периметру сечения,
безнапорные, когда часть сечения потока представляет собой свободную поверхность жидкости,
гидравлические струи, когда поток ограничен только жидкой или газообразной средой. В случае если гидравлическая струя ограничена со всех сторон жидкостью, то она принято называть затопленной гидравлической струёй, в случае если гидравлическая струя ограничена со всех сторон газовой средой, то такая струя называется незатопленной.
Поперечное сечение потока, расположенное нормально к линиям тока, принято называть живым сечением потока. Площадь живого сечения потока определяется соотношением:
Расход жидкости в потоке определяется как отношение объёма жидкости протекающее через живое сечение потока к интервалу времени или определяется следующим соотношением:
Кроме известной размерности расхода в системе СИ м3/с имеется целый набор внесистемных единиц для измерения расхода жидкости в потоке: м3/сут, л/чс, л/с, и др.
Средней скоростью в живом сечении потока называется величина:
Смоченным периметром живого сечения потока П принято называть часть контура живого сечения потока, которая ограничена твёрдой средой. (На рисунке смоченный пери метр выделен жирной линией).
Отношение площади живого сечения потока к длине
смоченного периметра принято называть гидравлическим радиусом живого сечения.
Величина гидравлического радиуса круглого сечения радиуса г:
равна половине величины его геометрического радиуса. Величина гидравлического радиуса трубы квадратного сечения со стороной а, (полностью заполненной жидкостью)
равна
referatwork.ru