Понятие о равномерном и неравномерном движениях, напорном и безнапорном движениях жидкости

Установившееся движение потока жидкости, элементы которого (скорости, живые сечения и пр.) не изменяются по его длине, называют равномерным движе­нием жидкости.

Например, при движении воды в трубе с постоянным диаметром или в канале с постоянной по длине глубиной и шириной средняя скорость потока при переходе от одного живого сечения к другому остается неизменной.

Это объясняется тем, что поперечные сечения потока остаются постоянными по длине.

Равномерное дви­жение - установившееся движение жидкости, при котором скорости её частиц в соответственных точках живых сечений одинаковы по значению.

Соответственные точки лежат на од­ной линии тока. Движение потока жидкости, элементы которого изменяются по его длине, называется неравномерным движением.

Например, при движении воды в трубе с переменным по длине трубы диаметром или в реке, где глубина и ширина потока разные по длине, скорости потока изменяются при переходе от одного живого сечения к другому.

При этом изменяются как средние скорости потока, так и скорости в соответственных точках живых сечений.

Не­равномерное движение - движение жидкости, при котором скорости её частиц в соответственных точках живых сече­ний неодинаковы.

Равномерное движение переходит в неравномерное под воздейст­вием на поток сооружений, например плотин, сооружений мостовых переходов и др.

Неравномерное движение наблюдается и в каналах с постоянной формой поперечных сечений, но с переменной по длине шероховатостью русла, обусловленной разными способами облицовки русла канала.

Равномерное и неравномерное движение может быть напорными безнапорным.

Если жидкость движется в трубе и все сечение трубы заполнено жидкостью, а в установленных в разных точках потока пьезометрах жидкость поднимается (рис. 3.6, а), то такое движение будет напорным.

 

 

Рис. 3.6. Живые сечения, при напорном и безнапорном движении жидкости

 

 

Для него характерно отсутствие свободной поверх­ности - поверхности раздела между капельной жидкостью и возду­хом. Движение жидкости, не имеющей свободной (открытой) поверхно­сти, называют напорным движением.

Такая форма движе­ния характерна для водопроводных труб, напорных гидротехнических тоннелей, напорных дорожных водопропускных труб и др.

Если движение жидкости происходит при частичном заполнении трубы, как, например, в канализационной трубе (рис. 3.6, б) или в открытом русле (канале, реке), то для такого движения характерно наличие свободной поверхности.

Уровень воды в пьезометрах, присоединен­ных к разным точкам такого пото­ка, будет совпадать с уровнем сво­бодной поверхности, давление на которой равно атмосферному давлению.

Дви­жение жидкости со свободной (отк­рытой) поверхностью называется безнапорным движением.

Представим себе поток с прямоугольной формой живого сечения, ширина которого очень велика по сравнению с глубиной (рассуждая теоретически ширина равна бесконечности), тогда эпюры скоростей (см. рис. 1.1), занимающие разное положение по ширине потока, будут одинаковы.

Движение жидкости, при котором её частицы движутся параллельно некоторой неподвижной плоскости со скоростя­ми, не зависящими от расстояния частиц до этой плоскости, называют плоскопараллельным движением.

В круглой напорной трубе ось трубы является осью симметрии, так как в любых радиальных направлениях эпюры скоростей одинако­вые (если исключить влияние условий входа жидкости в трубу и пр.). Движение жидкости, при котором её поле скоростей одинаково для любых плоскостей, проходящих через некоторую прямую, являющую­ся осью симметрии, называется осесимметричным движе­нием.