Материал: Маленькие не доделаны

10) Потенциальный (пьезометрический) напор.

Пьезометрический, или гидростатический, напор. На рис пьезометрические высоты для точек А и В установились на одной напорной плоскости 0’-0’, а сумма координат точек А и В и пьезометрических высот давления есть величина постоянная НА=НВ HA=zA+hп.A=zA+(РА-Ра)/

HB=zB+hп.B=zB +(РВ-Ра)/

Пьезометрическим, или гидростатическим, напором Н называется высота для точки, находящейся под давлением от плоскости сравнения до поверхности, где давление равно атмосферному. Отметим, что для точек А и В пьезометрические высоты различны, а пьезометрический напор одинаков.

11) Силы давления на плоские и кривые поверхности.

Удельным весом γ. Ширина стенки равна b. Так как избыточное гидростатическое давление изменяется по линейному закон P=γgh, то для построения графика, называемого эпюрой давления, достаточно найти давление в двух точках, например А и B.

Рис. 2.3. Схема к определению равнодействующей гидростатического давления на плоскую поверхность

Избыточное гидростатическое давление в точке А будет равно

PA = γh = γ·0 = 0

Соответственно давление в точке В:

PB = γh = γH

где H - глубина жидкости в резервуаре.

Согласно первому свойству гидростатического давления, оно всегда направлено по нормали к ограждающей поверхности. Следовательно, гидростатическое давление в точке В, величина которого равна γH, надо направлять перпендикулярно к стенке АВ. Соединив точку А с концом отрезка γH, получим треугольную эпюру распределения давления АВС с прямым углом в точке В. Среднее значение давления будет равно

Если площадь наклонной стенки S=bL, то равнодействующая гидростатического давления равна

где hc = Н/2 - глубина погружения центра тяжести плоской поверхности под уровень жидкости.

Однако точка приложения равнодействующей гидростатического давления ц.д. не всегда будет совпадать с центром тяжести плоской поверхности. Эта точка находится на расстоянии l от центра тяжести и равна отношению момента инерции площадки относительно центральной оси к статическому моменту этой же площадки.

Давление жидкости на цилиндрическую поверхность

Рис. 2.4. Схема к определению равнодействующей гидростатического давления на цилиндрическую поверхность

(вертикальная стенка АО) имеет площадь Sx = bH,

Cила гидростатического давления на площадь Sx равна Fx = γ Sxhc.

С правой стороны на отсек будет действовать реакция R цилиндрической поверхности. Реакцию R разложим на две составляющие Rx и Rz.

Из действующих поверхностных сил осталось учесть только давление на свободной поверхности Р0. Если резервуар открыт, то естественно, что давление Р0 одинаково со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивается.

сила собственного веса G = γV, направленная вниз.

Спроецируем все силы на ось Ох:

Fx - Rx = 0 откуда Fx = Rx = γSxhc

Теперь спроецируем все силы на ось Оz:

Rx - G = 0 откуда Rx = G = γV

Составляющая силы гидростатического давления по оси Oy обращается в нуль, значит Ry = Fy = 0.

Таким образом, реакция цилиндрической поверхности в общем случае равна

а поскольку реакция цилиндрической поверхности равна равнодействующей гидростатического давления R=F, то делаем вывод, что

12) Понятие о движении жидкости как непрерывной деформации сплошной материальной среды.

Кинематика жидкости существенно отличается от кинематики твердого тела. Движущаяся среда состоит из множества частиц, движу­щихся одна относительно другой.

Задачей кинематики жидкости является определение скорости в любой точке жидкой среды.

В такой невязкой жидкости, так же как и в неподвижных реальных жидкостях, возможен лишь один вид напряжений — нормальные напряжения сжатия, т. е. гидромеханическое давление, или просто давление.

Давление в движущейся идеальной жидкости обладает теми же свойствами, что и в неподвижной жидкости, т. е. на внешней по­верхности жидкости оно направлено по внутренней нормали, а в лю­бой точке внутри жидкости — по всем направлениям одинаково.

Ламинарные течения жидкости могут быть установившимися (стационарными) или неустановившимися (нестационарными). Турбулентные течения всегда являются неустановившимися; хаотическое движение частиц в турбулентном потоке создаёт резкие изменения местных скоростей во времени, называемые пульсациями скорости.

На (рис.1.11) приведены результаты измерений местной мгновенной скорости турбулентного потока воздуха. Местная скорость меняется во времени достаточно резко, однако её величина колеблется около некоторого среднего во времени значения. Поскольку пользование в расчётах мгновенными значениями скоростей приводит к трудностям и некоторой неопределённости, то вводится понятие местной усреднённой скорости, которая определяется соотношением

U=1/T Sudt,

Где U-мгновенная местная скорость; T-период усреднения.

13) Установившееся и неустановившееся движение жидкости. Напорное и безнапорное течение.

Установившимся называется течение жидкости, неизменное по времени, при котором давление и скорость являются функциями только координат, но не зависят от времени.

Давление и скорость могут изменяться при перемещении частицы жидкости из одного положения в другое, но в данной неподвижной относительно русла точке давление и скорость при установившемся движении не изме­няются по времени, т. е.

P=f₁(x,y,z), v=f₂(x,y,z).

Неустановившимся называется течение жидкости, все характе­ристики которого (или некоторые из них) изменяются по времени в точках рассматриваемого пространства.

В общем случае неустановившегося течения давление и скорость зависят как от координат, так и от времени:

P=F₁(x,y,z,t), v=F₂(x,y,z,t).

14) Линии токов жидкости и вихревые линии. Плавно и резко изменяющееся движение.

 Вихревой линией называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена по вектору вихря; совокупность вихревых линий, проходящих через замкнутую кривую, образует вихревую трубку

Линией тока называется кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной.

Часть потока, заключенная внутри трубки тока, называется элементарной струйкой.

Трубка тока в гидромеханике, трубка, составленная из линий тока, проходящих через точки небольшого замкнутого контура внутри движущейся жидкости

Трубка тока, таким образом, является как бы непроницае­мой стенкой, а элементарная струйка представляет собой самостоя­тельный элементарный поток.

Пьезометры, подключенные в разных точках живого сечения (а), показывают одинаковую высоту поднятия Ж, т.е. выполняется гидростатический закон распределения давления. Для потоков, где живые сечения не будут плоскими (б) в вертикальном сечении появляются составляющие скорости разной величины, а значит и ускорения. Силы инерции, соответствующие ускорениям, изменяют гидростатический закон распределения давления

15) Элементарная струйка, поток жидкости, живое сечение. Гидравлический радиус, расход и средняя скорость.

Часть потока, заключенная внутри трубки тока, называется элементарной струйкой. Поток Ж – представляет собой совокупность элементарных струек.

Живым сечением – сечение потока Ж, перпендикулярное направлению скорости ее сечения. При плавно изменяющемся движении Ж сечение считается плоским и равным площади поперечного сечения потока ().

Площадь живого сечения S= dS

Расход потока Q - объем жидкости V, протекающей за единицу времени t через живое сечение ω.

Средняя скорость потока υ - скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω

Гидравлический радиус потока R - отношение живого сечения к смоченному периметру Смоченный периметр χ ("хи") - часть периметра живого сечения, ограниченное твердыми стенками.

16) Уравнение неразрывности. Понятие расхода.

Течение жидкости называют стационарным, если в каждой точке пространства, занимаемого жидкостью, ее скорость с течением времени не изменяется.Жидкости практически несжимаемы, т. е. можно считать, что данная масса жидкости всегда имеет неизменный объем. Поэтому одинаковость объемов жидкости, проходящих через разные сечения трубы, означает, что скорость течения жидкости зависит от сечения трубы. Пусть скорости стационарного течения жидкости через сечения трубы S₁ и S₂ равны соответственно v₁ и v₂. Объем жидкости, протекающей за промежуток времени t через сечение S₁, равен V₁=S₁v₁t, а объем жидкости, протекающей за то же время через сечение S2, равен V₂=S₂v₂t. Из равенства V₁=V₂ следует, что уравнением неразрывности. Из него следует, что Следовательно, при стационарном течении жидкости скорости движения ее частиц через разные поперечные сечения трубы обратно пропорциональны площадям этих сечений.

Расходом называется количество жидкости, протекающее через живое течение потока (струйки) в единицу времени. Различают объёмный Q (м³/с), весовой Q_G(Н/с) и массовый Q_m(кг/с) расходы.

;

17) Распределение сил в сплошной среде. Объемные и поверхностные силы.

Внешние силы: массовые (объемные) и поверхностные.

Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона про­порциональны массе жидкости или, для однородной жидкости, — ее объему. К ним относятся сила тяжести и сила инерции переносного движения.