Контрольные вопросы

- Что изучают в разделе основы гидродинамики?

- Какие движения (потоки) жидкости называются напорными и безнапорными?

- Какое движение жидкости называется установившемся (стационарным), а какое – неустановившимся (нестационарным)?

- В чём состоит особенность в задании поля скоростей по Эйлеру?

- Что представляет собой струйчатая модель потока жидкости (газа)? Из каких элементов она состоит?

- Какие два вида ускорения имеет место в общем случае движения жидкости, и с какими силами эти ускорения связаны?

- Приведите вывод дифференциального уравнения движения идеальной жидкости и его общее решение.

- Поясните вывод уравнения Бернулли для стационарного одномерного движения вязкой жидкости и его интерпретации.

- Запишите закон сохранения массы при стационарном одномерном движении и вывод из него уравнения неразрывности потока (уравнение баланса расхода).

- Как формулируется закон об изменении кинетической энергии и его приложение к стационарному одномерному движению?

- Приведите вывод гидравлического уравнения об изменении импульса (количества движения).

- Какой общий закон механики применяется при расчёте гидродинамических сил давления.

- Запишите формулу гидродинамического давления и назовите его энергетический смысл.

1.4 Гидравлическое сопротивление и диссипация энергии потока вязкой жидкости Изучаемые вопросы:

-Гидравлическое сопротивление и диссипация механической энергии потока.

-Потери давления (напора) по длине потока и местные потери. Расчётные формулы.

-Ламинарное и турбулентное движение жидкостей и газов. Число Рейнольдса.

-Гидравлическое сопротивление при ламинарном режиме в элементах напорных гидросистем. Основы гидродинамический теории смазки.

-Гидравлическое сопротивление при турбулентном режиме движения.

Сопротивление, оказываемое на поток при напорном движении реальной (вязкой) жидкости со стороны русла (проточного тракта) называется гидравлическим сопротивлением. Количественной оценкой гидравлического сопротивления являются потери давления (в Па) или напора (в м.). А сам процесс носит название диссипации (рассеяния) механической энергии, перешедшей в тепловую благодаря работе сил трения.

Потери давления (напора) в расчётных формулах принято выражать через гидродинамическое давление (гидродинамический напор) потока с гидравлическим (как правило, опытным) коэффициентом сопротивления.

Различают потери давления по длине потока с гидравлическим коэффициентом, включающим относительную длину потока (формула Дарси – Вейсбаха) и местные потери давления на участках резкоизменяющего (резкодиформированного) потока (формула Вейсбаха).

На численное значение гидравлических коэффициентов сопротивления существенное влияние оказывает режим движения жидкости. Различают два устойчивых режима движения: ламинарный (структурированный, слоистый) и турбулентный (беспорядочный, пульсирующий). Количественной оценкой (степенью) режима движения является безразмерное число Рейнольдса, характеризующего порядок соотношения действующих в потоке сил инерции, выраженных через плотность и сил вязкости, выраженных через коэффициент вязкости ). Ламинарный режим (и его степень) характеризуется малыми числами Рейнольдса, турбулентный – большими. В формулу числа Рейнольдса входит характерный линейный размер поперечного сечения потока (например, диаметр трубы).

В гидравлических напорных гидро системах, в том числе в системах объёмного гидропривода, с применением вязких жидкостей (минеральные масла) чаще всего имеет место ламинарный или низкотурбулентный режимы движения. На практике это могут быть трубы малого диаметра, капиллярные каналы, и т.п., гидравлический расчёт которых с достойной степенью точности основан на формулах, полученных теоретическим путём. Подробно эти зависимости представлены в учебном пособии [8].

С основой гидродинамической теории смазки при ламинарном режиме в подшипнике скольжение можно ознакомиться в [2].

При изучении гидравлического сопротивления при турбулентном движении отмечаются особенности такого движения и в общих чертах описывается модель осреднённого движения, предложенные Рейнольдсом. Здесь необходимо пояснить появление, так называемых турбулентных напряжений и опираясь на упрощённую структуру турбулентного потока в трубах, рассмотреть три характерных закона гидравлического сопротивления: закон сопротивления и «гладкой» стенки, доквадратичный и квадратичный законы сопротивления «шероховатой» стенки. При этом не требуется запоминание эмпирических расчётных формул для коэффициента гидравлического трения, и необходимо только знать его ориентационную зависимость в общем виде, а также общий вид графика Кольбрука – Уайта для определения коэффициента гидравлического трения в зависимости от числа Рейнольдса и относительно шероховатости стенки , построенного по экспериментальным данным (подобный эксперимент проводите в лаборатории (работа №1) и гидравлическое сопротивление при турбулентном движении).

При рассмотрении местных гидравлических сопротивлений следует обратить внимание на структуру потока на участках резкодеформированного течения, имеющего место в трубопроводной арматуре, на стенках труб разного диаметра и т.п. В общем виде функциональная зависимость для коэффициента местного гидравлического сопротивления включает в себя пограничную геометрию пробочного элемента и число Рейнольдса, вычисленного по параметрам сопротивления. На практике значение коэффициентов местного сопротивления определяют из соответствующей справочной литературы.