Капельные жидкости и газы

Новосибирский Государственный Технический Университет

 

 

Ю.А. Гостеев

 

ГИДРАВЛИКА
И ГАЗОДИНАМИКА

 

Часть 1

 

Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия

 

 

Новосибирск

2008

УДК 532.5.(075.8)

Г725

 

Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, доц. И.А. Бедарев;

      д-р техн. наук, проф. А.А. Кураев

 

Гостеев, Ю.А.

Г 725 Гидравлика и газодинамика. Ч. 1: учеб. пособие / Ю.А. Гос­теев. – Новосибирск: изд-во НГТУ, 2008. – 104 с.

ISBN 978-5-7782-1031-8

В пособии рассмотрены основные свойства и модели жидкостей и газов, а также уравнения гидродинамики идеальной и вязкой жидкости и некоторые случаи их интегрирования. даны основные понятия о местных и распределенных гидравлических сопротивлениях, приведены методики гидравлического расчета простых и сложных трубопроводов. продолжается знакомство с методами гидравлики на примере практически важной задачи об истечении жидкости из отверстий и насадков, даны понятия о неблагоприятных нестационарных явлениях, сопровождающих течения жидкостей в трубах. применительно к проблеме обтека­ния тел кратко рассматриваются основные положения теории пограничного слоя.

Настоящее учебное пособие знакомит студентов, обучающихся по направлению «Защита окружающей среды», с основами прикладной гидро- и газодинамики.

 

Юрий Анатольевич Гостеев

ГИДРАВЛИКА И ГАЗОДИНАМИКА

Часть 1

Учебное пособие

 

Редактор И.Л. Кескевич

Выпускающий редактор И.П. Брованова

Корректор И.Е. Семенова

Дизайн обложки А.В. Ладыжская

Компьютерная верстка Н.М. Шуваева

 

Подписано в печать 31.10.2008. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная

Тираж 200 экз. Уч.-изд. л. 6,04. Печ. л. 6,5. Изд. № 155. Заказ №

Цена договорная

Отпечатано в типографии

Новосибирского государственного технического университета

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

УДК 532.5.(075.8)

                                                                © Гостеев Ю.А., 2008

ISBN 978-5-7782-1031-8                               © Новосибирский государственный

технический университет, 2008

Оглавление

Введение............................................................................................................................... 4

1. Основные свойства жидкостей и газов. Гидростатика................................. 5

1.1. Физические свойства и физические модели жидкостей и газов.............. 5

1.2. Гидростатика. Абсолютный и относительный покой
жидкостей и газов............................................................................................. 14

2. Уравнения гидродинамики и их интегрирование....................................... 25

2.1. Кинематика потоков жидкости. Уравнение сохранения массы........... 25

2.2. Уравнения движения идеальной жидкости. Интеграл Бернулли.
Потенциальное движение............................................................................... 30

2.3. Уравнения движения вязкой жидкости. Обобщенный интеграл
Бернулли............................................................................................................. 44

3. Основы гидравлики................................................................................................. 52

3.1. Гидравлические потери на распределенных и местных
сопротивлениях................................................................................................. 52

3.2. Гидравлический расчет трубопроводов..................................................... 61

4. Истечение жидкости из отверстий и насадков. Нестационарные
явления........................................................................................................................ 77

4.1. Истечение жидкости из отверстий и насадков.......................................... 77

4.2. Нестационарные явления при течении жидкости в трубах................... 85

5. Пограничный слой. Обтекание тел.................................................................... 93

5.1. Основы теории пограничного слоя............................................................... 93

5.2. Устойчивость и отрыв пограничного слоя................................................. 97

5.3. Интегральный метод расчета пограничного слоя................................. 100

Библиографический список........................................................................................ 104

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее пособие по гидравлике и газовой динамике содержит материал, читаемый в НГТУ на факультете летательных аппаратов будущим специалистам по направлению «Защита окружающей среды».

В пособии рассматриваются методы аэрогидромеханики применительно к решению следующих проблем.

1. Движение жидкости и газа по трубам и внутри различных машин. Здесь основное значение имеют законы взаимодействия жидкости с границами потока, явления неравномерности в распределении скоростей и т.п. Перечисленные задачи имеют непосредственное значение для проектирования газопроводов, нефтепроводов, насосов, турбин и других гидравлических машин.

2. Воздействие жидкости и газа на движущиеся в них тела. Основным стимулом для решения этой проблемы послужили технические задачи о движении летательных аппаратов, кораблей и подводных лодок, задачи об обтекании зданий и сооружений и т.д.

3. Движение двухфазных сред внутри оборудования и в свободном пространстве. Данный круг вопросов актуален для технологических приложений, и, кроме того, для проблемы очистки газов и жидкостей от вредных включений.

Каждый раздел курса сопровождается задачами, иллюстрирующими основные положения и расчетные методы. В пособии нет подробного вывода формул. Показан лишь ход рассуждений и приведены опорные формулы, которые позволяют читателю в большинстве случаев восстановить недостающие выкладки. Для закрепления материала рекомендуются практические занятия по сборникам задач [5 – 7].

 

1. Основные свойства жидкостей
и газов. Гидростатика

 

Решение задач аэрогидромеханики невозможно без знания физических свойств и моделей исследуемых сред. поэтому кратко их рассмотрим.

1.1. Физические свойства
и физические модели жидкостей
и газов

Капельные жидкости и газы

Жидкостью называется физическое тело, обладающее текучестью, т.е. способностью изменять свою форму, не дробясь на части, под действием даже небольших сил, и не имеющее своей формы, но принимающее форму сосуда, в котором оно находится.

Условно жидкости подразделяются на капельные и газы. Капельные жидкости способны образовывать капли, имеют собственный объем и по сравнению с газами мало сжимаемы. Примеры капельных жидкостей: вода, масло, бензин и т.д. В то время как капельная жидкость всегда занимает только часть сосуда, газ рассредоточивается по всему предоставленному объему.

В гидромеханике рассматриваются жидкости и газы, непрерывным образом заполняющие некоторое пространство, – сплошные среды. Модель сплошной среды справедлива, если характерный размер течения L много больше длины свободного пробега молекул l, или

                                       0.01,

где  – так называемое число Кнудсена.