Виды и характеристики потоков.

Под термином п о т о к в гидравлике в основном понимается одномерное течение жидкости под действием внешних сил. Поток считается одномерным, если его основные параметры – расход, скорость, давление – зависят только от одной координаты – вдоль потока (например, оси трубопровода).

Течение может быть у с т а н о в и в ш и м с я (стационарным), если в рассматриваемом сечении потока его параметры не изменяются во времени, и н е у с т а н о в и в ш и м с я (нестационарным), если они, наоборот, зависят от времени процесса (например, при гидроударах).

Важнейшей характеристикой потока является р а с х о д, то-есть количество жидкости, протекающее через сечение канала (трубопровода или струи) за единицу времени.

Различают:

- о б ъ е м н ы й расход Q = V/ t, м³/сек (2.1)

и - м а с с о в ы й расход Q_m = m/t, кг/сек. (2.2)

Они связаны между собой соотношением

Q_m = ρQ . (2.3)

 

C к о р о с т ь течения обычно считается равномерно распределенной по сечению потока и равной с р е д н е р а с х о д н о й скорости υ:

υ = Q/ω, м/с, (2.4)

где ω – площадь поперечного сечения потока.

Примечание.Физический смысл этой

величины: скорость υ - это условно

постоянная по сечению потока скорость, υ и

обеспечивающая такой же расход, что и

действительная скорость течения (и),

обычно переменная по сечению из-за

торможения потока на ограничивающих

стенках канала (рис. 2.1). Рис. 2.1. Распределение

скоростей

Уравнение расхода (сплошности).

При установившемся течении расход потока жидкости постоянен, хотя

в отдельных сечениях скорость и давление могут меняться, в основном, из-за изменения площади проходного сечения.

 

1

2 Рис. 2.2. Схема

d₁ d₂ одномерного течения

р₁ Q р₂

Из условия постоянства массового расхода Q_m = const можно записать Q_m1 = Q_m2 или ρQ₁ = ρQ₂. Ecли жидкость имеет постоянную плотность, то последнее уравнение можно записать так: υ₁ω₁ = υ₂ω₂, или = , (2.5)

то – есть, отношение скоростей потока обратно пропорционально отношению площадей сечений.

Пример 2.1.Размеры конического трубопровода (рис. 2.2): d₁= 100 мм,

d₂ = 50 мм; расход жидкости Q = 10 л/с. Определить скорости потока на входе и выходе.

Расчет. Средняя скорость на входе определится по ф. 2.4:

υ₁ = Q/ω = 4Q/πd₁² = 4∙0,01/3,14∙0,1² = 1,27м/с.

Скорость на выходе: υ₂ = (ω₁/ω₂)υ₁ = 4∙υ₁ = 5,08 м/с.