Лекция №4 Гидродинамика

1. Лекция 4 Гидродинамика Движение жидкости.

2.

Механика жидкости и
газа
Основные понятия и определения
Физические свойства жидкостей
Элементы гидростатики
Элементы гидродинамики

3. Гидромеханика

- это наука, изучающая равновесие и движение жидкости, а
также взаимодействие между жидкостью и твердыми
частицами, погруженными в жидкость полностью или
частично.
По принципу целенаправленности гидромеханические
процессы можно разделить на:
1. Процессы перемещения потоков в трубопроводах и аппаратах;
2. Процессы, протекающие с разделением неоднородных систем
(осаждение, фильтрование, центрифугирование)
3. Процессы, протекающие с образованием неоднородных систем
(перемешивание, псевдоожижение и др.)
Законы гидромеханики и их практические приложения
изучают в ГИДРАВЛИКЕ

4.

Гидродинамика – раздел физики, изучающий
движение жидкостей и газов, а также
движение твердых тел в жидкостях и в газах.
Основные понятия:
1. Линия тока- траектория движения частицы
жидкости.
2. Трубка тока- часть потока жидкости ,
ограниченная линиями тока.

5. Трубка тока- Геометрический вид потока. Векторная трубка для поля скоростей называется трубкой тока, так как при установившемся

Трубка тока- Геометрический вид потока. Векторная трубка
для поля скоростей называется трубкой тока, так как при
установившемся движении она подобна трубе со стенками,
внутри которой с постоянным расходом течёт жидкость.
Синие линии представляют собой линии потока.
Красные стрелки указывают скорость движения частиц.

6. Гидродинамика

Движение или течение жидкости обусловлено
разностью давлений, которое создается с
помощью насосов, компрессоров, либо в
следствие разности уровней или плотности
жидкости.
Движущаяся жидкость называется потоком
жидкости.

7.

Гидравлика
- наука, изучающая
законы равновесия
и движения жидкостей
Гидростатика
Гидродинамика
Учение о
равновесии
жидкостей
Учение о
движении
жидкостей

8.

Гидроаэромеханика - раздел механики, изучающий
равновесие и движение жидкостей и газов, их
взаимодействие между собой и обтекаемыми ими
твердыми телами, - использует единый подход к
изучению жидкостей и газов.

9.

Вязкость – способность оказывать
сопротивление течению жидкости.
Зависит от рода и температуры
жидкости

10.

Физическая величина, определяемая нормальной силой,
действующей со стороны жидкости на единицу площади
называется давлением жидкости
F
p
S
Единица давления – паскаль (Па).
Выясним свойства давления или газа, находящегося
в состоянии равновесия.
Для этого рассмотрим находящуюся в сосуде под
поршнем невесомую жидкость.

11.

Рассмотрим роль веса жидкости на распределение
давления внутри покоящейся несжимаемой
жидкости.
При равновесии жидкости давление по горизонтали
всегда одинаково и при поперечном сечении
столба жидкости:
P ghS
P ghS
p
gh
S
S
Давление gh называется гидростатическим давлением.

12.

Внутри покоящейся невесомой жидкости (газа) давление
со всех сторон на любой малый элемент одинаково.
Давление при равновесии жидкостей (газов) подчиняется
закону Паскаля: давление в любом месте покоящейся
жидкости одинаково по всем направлениям, причем
давление одинаково передается по всему объему,
занятому покоящейся жидкостью.

13.

- физические тела, которые легко изменяют свою
форму под действием приложенных сил.
Капельные
Газообразные
характеризуются малой сжимаемостью и
относительно небольшим изменением объема при
изменении температуры.

14. Виды жидкостей

Идеальная
Реальная
• Не сжимается
• Вязкость = 0
• Нет препятствий
течению
жидкости.
• Сжимается
• Вязкость есть
• Есть препятствия
течению
жидкости

15. Виды жидкостей

идеальная
реальная
• Не существует в
• Все жидкости в
реальной жизни,
природе в некоторых
реальные
задачах жидкости (настоящие)
можно принять
жидкости.
за идеальные

16. Типы течения жидкостей

Ламинарное
Турбулентное

17.

Ламинарное течение
Скорость =0
Высокая
скорость
Спокойный
(тихий) поток
Высокое
давление
Передняя часть
ламинарного потока
является
параболической. Поток
течет по середине
быстрее, чем по краям
Жидкость течет от высокого давления до более
низкого давления
Низкое
давление

18.

Турбулентное течение
Поток
нестабильный
Турбулентный поток
нестабилен, жидкость может
изменять свою энергию,
пересекает потоки линий тока.

19. Свойства жидкости

Жидкость несжимаема: сколько жидкости втекает
через S1 за определенное время, столько же и вытекает за
то же время через S2.
m V
V Sl
Условие неразрывности струи:
l V t
S1V1 S 2V2
S1
V2
S2
V1
S1 S 2
V1 V2
( m1 m2 )

20. Внутренняя и внешняя и смешанная гидродинамические задачи

Внутренняя задача связана с движением
жидкости по различным каналам и трубам.
Внешняя задача посвящена обтеканию
жидкостью различных тел или движению
этих тел внутри жидкости.
В смешанную задачу входит изучение
движения жидкости по трубам или каналам
при одновременном обтекании ею какихлибо тел.

21. Основные характеристики движения жидкости

сечение потока (S), перпендикулярное к его
оси, - живое или поперечное сечение
потока;
количество жидкости, протекающее в
единицу времени через поперечное
сечение потока, называется расходом.
Расход объемный:
V с p S

22. Основные характеристики движения жидкости

Расход массовый:
M cp s
где ср - средняя скорость течения
жидкости, м/с;
S - поперечное сечение потока, м2;
- плотность жидкости, кг/м3

23. Основные характеристики движения жидкости

S
Гидравлический радиус: r
гидр
П
Эквивалентный диаметр:
4 S
d э 4 rгидр
П

24. Режимы движения жидкости

а – ламинарный; в – турбулентный:
краситель
поток
жидкости
а)
краситель
поток
жидкости
б)

25. Движение жидкости, наблюдаемое при малых скоростях (отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу и оси потока),

называют ламинарным (от лат. „lamina"пластинка, полоска) движением (режимом).
Движение жидкости при больших скоростях называют
турбулентным (от лат. „turbulentus" - беспорядочный)
движением (режимом).

26.

27. Скорость течения жидкости в трубе переменного сечения обратно пропорциональна площади поперечного сечения трубы.

- Уравнение неразрывности.

28.

29.

- Уравнение 3х
Давлений.

30. Число Рейнольдса

Re = υ · ρ · 4Rг / μ
Rг - гидравлический радиус потока;
υ – скорость потока;
μ - динамическая вязкость.
Число Рейнольдса является безразмерной величиной.
Поскольку динамическая вязкость связана с кинематической вязкостью
соотношением
μ = ρ · ν, то число Рейнольдса можно записать в виде:
Re = υ ·4Rг / ν
Критическое значениями числа Рейнольдса: Reкр = 2300
При Re < Reкр наблюдается устойчивый ламинарный режим течения жидкости, а при
Re > Reкр- устойчивый турбулентный режим.
Для круглых труб гидравлический радиус Rг = d/4, тогда
Re = υ ·d / ν
По критическому значению числа Рейнольдса легко можно определить также
критическую скорость, т.е. скорость, ниже которой будет иметь место ламинарное
движение жидкости

31. Критерий Рейнольдса

Критерий Re является мерой
соотношения между силами вязкости
и инерции в движущемся потоке.
d d
Re

32. Критерий Рейнольдса

Установлено, что переход ламинарного
движения в турбулентное происходит при
значениях критерия Рейнольдса выше
критического. Для круглых трубок
Reкр=2320. При Re>Reкр - турбулентный
режим течения, при Re<Reкр - ламинарный.
При Re>2320, но Re<10000 режим течения
неустойчивый турбулентный или
переходный, при Re>10000 - устойчивый
турбулентный.

33. Распределение скоростей в потоке

34. Гидродинамический пограничный слой

При турбулентном движении у стенок
трубопровода имеется тонкий слой
жидкости, движущийся в ламинарном
режиме, т.к. силы вязкости оказывают
превалирующее влияние на движение
жидкости.
Ламинарный слой и переходная зона
– гидродинамический пограничный
слой.

35. Оптимальный диаметр трубопроводов

При определении диаметров
трубопроводов нужно знать секундный
расход жидкости и среднюю скорость
ее движения:

36. Средняя скорость движения жидкости

Капельные жидкости
Газ под небольшим давлением
Газ под большим давлением
Насыщенный водяной пар
Перегретый водяной пар
1-3 м/с;
8-15 м/с;
15-20 м/с;
20-30 м/с;
30-50 м/с

37. Уравнение Бернулли

const

38. Какая жидкость будет течь быстрее?

Кетчуп
Вода
Этиловый
спирт
Мед
Глицерин
Масло
Клей

39. Сравнение вязкости жидкостей

Масло
Вода
<
Мы можем сказать:
Вода менее вязкая, чем масло.
Вода тоньше масла.
И наоборот, мы можем сказать:
Масло более вязкое, чем вода.
Масло толще воды.

40. Типы вязкости

• Абсолютная вязкость
• Кинематическая вязкость
Абсолютная вязкость -это отношение напряжения сдвига к
градиенту скорости жидкости:
Ϧ= U/V
Кинематическая вязкость –это отношение вязкости жидкости
к ее плотности.
ν=Ϧ/ῤ