Виды движения жидкости

Кроме рассмотренных установившегося и неустановив-шегося, ламинарного и турбулентного течений существуют и другие классификации движения жидкости.

Рассмотрим основные из них.

1. Напорное и безнапорное течение, свободные струи.

Напорное течение — такое, при котором поток жидкости со всех сторон ограничен твердыми стенками. При напорном течении движение частиц жидкости осуществляетс под действием разницы давлений. На рис. 3.9 показано течение в трубопроводе, подающем воду из одного резервуар в другой. Если представить, что внутри трубопровода в сечении 1—1 установлен невесомый бесконечно тонкий поршень площадью со, то легко понять, что его перемещение будет слева направо под действием разницы сил давлений РВ и Р₂, определяемых напорами II_{ и Я₂, а именно Р = рё'/^с и Р₂ = р&Я₂со:

Этот пример хорошо иллюстрирует, иод действием каких сил происходит течение жидкости.

Безнапорное течение характеризуется наличием свободной поверхности.

Рис. 3.9. Напорное течение Движение частиц жидкости происходит под действием силы тяжести. На рис. 3.10 показан продольный разрез канала, на котором преувеличенно крупно выделена частиц идеальной жидкости, на которую со всех сторон действую одинаковые силы давления и сила тяжести С. Проекци этой силы на направление, параллельное дну канала, С_х, заставляет двигаться рассматриваемую частицу. Для реально жидкости возникающие силы трения малы по сравнени с величиной С_Л-.

Свободной струей называется поток жидкости, не ограниченный какими-либо твердыми стенками. Примером такой струи может быть струя воды, вытекающая из крана.

2. По характеру изменения поля скоростей установившиеся потоки разделяются на равномерные и неравномерные.

Равномерное течение — такое, при котором локальные скорости в сходственных точках двух смежных сечени одинаковы. Средняя скорость, но длине потока в этом случае будет также одинаковой. Примером таких течений являются движение воды в напорном трубопроводе с неизменным диаметром по длине или безнапорное течени в канале постоянного сечения и одинаковой глубиной п длине потока. Равномерное течение иногда называют параллель! юструйным.

Неравномерное течение характеризуется неодинаковыми локальными скоростями в сходственных точках смежных сечений, т. е. эпюры скорости по длине неравномерного потока отличаются друг от друга. Такое течение для напорных потоков наблюдаются на участках изменения геометрии русел, а для безнапорных потоков — на участках русл с изменением глубины потока по его длине.

Неравномерное течение жидкости подразделяют на плавно изменяющееся и резко изменяющееся.

Рис. 3.10. Безнапорное течение.

Плавно изменяющееся движение характеризуется большим размером кривизны линий тока и близким к нулю углом расхождения между ними.

При невыполнении хотя бы одного из этих условий течение считается резко изменяющимся.

При плавно изменяющемся течении живые сечения потока близки к плоским, как при параллельноструйном движении. При резко изменяющемся течении живые сечения криволинейны.

3. Потоки жидкости подразделяются на трехмерны (пространственные), двухмерные (плоские) и одномерные.

При трехмерном течении параметры течения жидкости зависят от трех координат — х, у, 2. Обычно такое течени наблюдается в руслах с изменяющимися геометрическим характеристиками или при повороте потока.

Двухмерным (плоским) течением считается течение с характеристиками, зависящими только от двух координат, например х, 2. Такое течение характерно для относительно широких русел.

Одномерным называют течение, в котором основные параметры зависят лишь от одной координаты, например х> направление которой совпадает с направлением вектор средней скорости. Такими можно считать большинство течений, рассматриваемых в технической гидравлике, для ни основными параметрами с прикладной точки зрения являются расход потока, средняя скорость течения, закон изменения давления или глубины, но длине русла. При решени большинства инженерных задач применения одномерно модели течения бывает вполне достаточно.