3.1. Основные понятия и определения.
Задачей кинематики жидкости является определение скорости в любой точке жидкой среды.
Течение жидкости может быть установившимся (стационарным) и неустановившимся (нестационарным).
Установившимся называется течение жидкости, неизменное во времени, при котором давление и скорость являются функциями только координат, но не зависят от времени
Неустановившимся называют такое движение жидкости, характеристики (параметры) которого изменяются во времени
.
Пример неустановившегося течения: истечение жидкости из отверстия в стенке резервуара с непостоянной величиной напора.
Линией тока называется кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент направлен по касательной. В установившемся течении линия тока совпадает с траекторией частицы. - уравнение лини тока.
Если через каждую точку элементарного замкнутого контура провести линии тока, то поверхность, образованная этими линиями тока называется трубкой тока.
|
|
Рис. 3.1
Масса жидкости, протекающей внутри трубки тока, называется элементарной струйкой. Боковая поверхность струйки непроницаема для жидкости, т.к. векторы скорости всегда направлены по касательной к линии тока.
Живым сечением (сечением потока) называется поверхность в пределах потока, проведенная нормально к линиям тока.
Смоченным периметром называют ту часть периметра живого сечения, по которой жидкость соприкасается со стенками трубы (канала).
Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое сечение потока (струйки) в единицу времени. Различают расход объемный [м3/с], массовый [кг/с].
Рис. 3.2
Для элементарной струйки
dQ=UdF – объемный расход, (3.1)
,
где U – средняя скорость жидкости;
F – площадь живого сечения.
Или Q=UF (3.2)
Основываясь на законе сохранения вещества, на предположении о неразрывности (сплошности) течения и на свойстве трубки тока (боковая стенка ее непроницаема для установившегося течения несжимаемой жидкости) можно утверждать, что расход во всех сечениях элементарной струйки один и тот же:
Q=UF=const - (3.3)
условие сплошности потока несжимаемой жидкости.
Для сжимаемой жидкости
М = (3.4)
Методы исследования движения жидкости.
Существует два метода исследования движения жидкости: метод Лагранжа и метод Эйлера.
В методе Лагранжа исследованию подлежит движение отдельных частиц жидкости (выбирается элементарная частица и прослеживается ее движение вдоль траектории).
В методе Эйлера исследуются параметры движения частиц жидкости (скорость, ускорение, плотность, давление), проходящих через данную фиксированную точку пространства (измерительное устройство помещается в определенную точку пространства).
|
|
Наибольшее применение в практике получил метод Эйлера – как наиболее простой.