Виды движения жидкости

Всякое движение жидкости характеризуется следующими основными параметрами: форма потока, плотность жидкости, скорость, ускорение, давление. В зависимости от изменения основных параметров рассматривают различные виды движения жидкости: установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное.

Неустановившимся (нестационарным) называется движение, когда скорость течения и давление зависят от координат точки и изменяются во времени:

,

.

Примерами неустановившегося движения жидкости могут служить, например: истечение жидкости через отверстие из резервуара, если уровень в нём меняется; истечение жидкости из аккумулятора при изменении давления газа в нём; течение жидкости в трубопроводе с включённым в гидросистему поршневым насосом.

Неустановившиеся процессы происходят в магистралях жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) при запуске и остановке или при переходе с одного режима тяги на другой.

Установившимся (стационарным) называется движение жидкости, при котором скорость и давление являются функциями только координат и не зависят от времени.

,

.

Параметры жидкости при установившемся движении будут функцией только трёх переменных, а именно координат рассматриваемой точки.

Установившееся движение может быть равномерным и неравномерным.

При равномерном движении скорость и давление в соответствующих точках сечения по длине остаются постоянными, т.е. поле скоростей остаётся неизменным вдоль потока.

Примером равномерного движения жидкости может служить установившееся течение в цилиндрическом трубопроводе на достаточном удалении от входа в него (рис. 3.2,а).

Рис. 3.2. Равномерное (а) и неравномерное (б) движение

При неравномерном движении скорость, давление и плотность могут изменяться с изменением координат движущейся частицы жидкости. Примером неравномерного течения жидкости может служить установившийся поток в конической трубе, а также движение жидкости на входном участке потока с меняющимся (нестабилизированным) от сечения к сечению профилем местных скоростей (рис. 3.2,б).

Исследование установившихся течений значительно проще, чем неустановившихся. В дальнейшем мы будем рассматривать, главным образом, установившиеся течения и лишь некоторые частные случаи неустановившегося движения.

Кроме рассмотренных видов движения жидкости различают также движение безнапорное и напорное.

Безнапорное движение происходит в открытых системах и осуществляется за счёт сил тяжести. Например, движение воды в реках, каналах, трубах при неполном их заполнении.

Напорное движение происходит в закрытых системах (трубопроводах), когда поток со всех сторон окружён твёрдыми стенками и движение осуществляется за счёт разности давлений по длине потока. Например, например движение жидкости в трубопроводе от насоса.

Гидродинамическое давление. При движении вязкой жидкости обязательно возникают касательные напряжения. Согласно законам механики, в общем случае это приводит к возникновению в данной точке нормальных напряжений по трём взаимно ортогональным направлениям. Напряжения сжатия по разным направлениям могут быть разными, в отличие от условий покоя, когда они по всем направлениям одинаковы, о чём говорит одно из свойств гидростатического давления.

В гидродинамике по аналогии с гидростатикой вводится понятие гидродинамического давления с тем же свойством быть постоянным по всем направлениям в данной точке. Для него сохраняется то же обозначение . Таким свойством обладает среднее арифметическое значение нормальных напряжений в рассматриваемой точке по трём взаимно ортогональных площадкам, взятое с обратным знаком

.