- •Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Основы гидравлики
- •Содержание
- •1. Рабочая программа 7
- •2. Гидростатика 10
- •3. Основы кинематики и динамики жидкости 34
- •4. Гидравлические сопротивления 51
- •5. Гидравлический расчет трубопроводов 65
- •Введение
- •1.Рабочая программа
- •Введение
- •2.Гидростатика
- •2.1.Основные физические свойства жидкости и газа.
- •2.2.Вязкость жидкости.
- •2.3.Силы, действующие в жидкости
- •2.4.Абсолютное Гидростатическое давление и его свойства
- •2.5.Дифференциальные уравнения равновесия жидкости
- •2.6.Поверхность равного давления и ее свойства
- •2.7.Основное уравнение гидростатики
- •2.8.Приборы для измерения абсолютного, манометрического давлений и давления вакуума
- •2.9.Сила давления жидкости на наклонную плоскую стенку
- •2.10.Точка приложения силы давления жидкости на плоские стенки.
- •2.11.Сила давления жидкости на криволинейные поверхности
- •2.12.Примеры и задачи
- •3.Основы кинематики и динамики жидкости
- •3.1.Основные понятия и определения гидродинамики
- •3.2.Уравнение неразрывности потока
- •3.3.Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости
- •3.4.Уравнение Бернулли для струйки и потока реальной жидкости
- •3.5.Интерпритации уравнения Бернулли
- •3.6.Примеры и задачи
- •4.Гидравлические сопротивления
- •4.1.Виды гидравлических сопротивлений
- •4.2.Ламинарное и турбулентное движение жидкости
- •4.3.Основное уравнение равномерного движения
- •4.4.Ламинарный режим движения
- •4.5.Турбулентный режим движения
- •4.6.Экспериментальные исследования коэффициента гидравлического сопротивления
- •4.7.Примеры и задачи
- •5.Гидравлический расчет трубопроводов
- •5.1.Расчет Коротких трубопроводов
- •5.1.1.Уравнение простого трубопровода
- •5.1.2.Первый тип расчета
- •5.1.3.Второй тип расчета
- •5.1.4.Третий тип расчета
- •5.2.Расчет газопроводов при малых перепадах давлений
- •5.3.Примеры и задачи
- •5.4.Расчет газопроводов при Больших перепадах давлений
- •5.5.Гидравлический удар в трубах
- •5.6.Примеры и задачи
- •6.Гидравлический расчет истечения жидкостей
- •6.1.Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке
- •6.2.Истечение жидкости через внешний илиндрический насадок.
- •8.2.Гидравлические элементы живого сечения потока в канале.
- •8.3.Основные расчетные формулы для открытых русел
- •8.4.Основные задачи при расчете трапецеидальных каналов на равномерное движение воды.
- •8.5.Расчет безнапорных труб
- •8.6.Примеры и задачи
- •9.Литература
3.Основы кинематики и динамики жидкости
3.1.Основные понятия и определения гидродинамики
Местная скорость – u – скорость движения частицы жидкости в данной точке потока. Местная скорость зависит от координат точки x, y, z и времени t.
Давление в данной точке потока p также зависит от координат этой точки и время. Поэтому
|
(3.0) |
Для решения гидродинамической задачи необходимо найти распределение давления p и составляющих вектора скорости ux, uy, uz в пространстве в любой момент времени. Движение называется установившемся, если давление p и скорости u не зависит от времени. В противном случае, движение называется неустановившемся (нестационарным).
Р ис. 3.14 – поле скоростей |
Р ис. 3.15 – линия тока |
Трубкой тока - называется поверхность, образованная линиями тока проведёнными через бесконечно малый замкнутый контур (рис. 3.3).
Р ис. 3.16 – Трубка тока |
Элементарная струйка - называется движения жидкости, ограниченная трубкой тока.
Потоком жидкости - называется совокупность элементарных струек, скользящих друг относительно друга (рис. 3.4).
Поток называется напорным, если боковая поверхность потока ограничена твёрдыми стенками, в этом случае движение происходит, в основном, за счёт перепада давления - движение в трубе.
Поток называется безнапорным, если имеет поверхность, на которой давление постоянно, в этом случае движение происходит за счёт сил тяжести (движение в реке).
Р ис. 3.17 – Поток жидкости |
Р ис. 3.18-Равномерное движение |
Р ис. 3.19 - Неравномерное движение |
Поперечным сечением потока называется поверхность проведения перпендикулярно направлению скорости (рис. 3.7). На рис. 3.7 обозначения 1-1, 2-2, 3-3 являются поперечными сечениями. Свойство поперечного сечения – в поперечном сечении давление изменяется по гидростатическому закону:
p = p0 + g (z0 – z). |
(3.0) |
Или
. |
(3.0) |
Р ис. 3.20 Поперечное сечение потока |
Некоторые виды поперечных сечений их характеристики приведены на рисунке 3.8.
Трубопровод |
Вентиляционный канал |
Безнапорный канал |
Кольцевое пространство |
|
|
|
|
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
. |
Рис. 3.21. Некоторые поперечные сечения потока и их характеристики. |
Смоченным периметром - называется часть периметра поперечного сечения, где жидкость соприкасается с твёрдыми стенами.
Гидравлическим радиусом R - называют отношение площади поперечного сечения к смоченному периметру R = /.
Эквивалентным диаметром - называется учетверённый гидравлический радиус dэ = 4 R. Эквивалентным диаметром или гидравлическим радиусом используется при расчёте движения жидкости в потоках, когда поперечное сечение не является круглой трубой. Например, при расчёте вентиляционных каналов, теплообменных аппаратов и т.д. В этом случае в формулах расчёта потерь напора по длине hд, числа Re и коэффициент гидравлического сопротивления трения вместо диаметра D подставляется эквивалентный диаметр dэ.
|
(3.0) |
При расчёте давления жидкости в каналах обычно используется гидравлический радиус.
Объемным расходом Q называется объем жидкости прошедший через поперечное сечение за единицу времени.
. |
(3.0) |
Массовым расходом Qm называется масса жидкости прошедшая через поперечное сечение за единицу времени.
. |
(3.0) |
Массовый расход равен произведению плотности на объемный расход:
. |
(3.0) |
Средней скоростью v называется отношение объемного расхода жидкости к площади поперечного сечения.
. |
(3.0) |
Если объединить последние два уравнения, получим для массового расхода выражение
. |
(3.0) |