Равновесие плавающих тел

Вопрос

Сплошная среда – это масса, физические и механические параметры которой являются функциями координат в выбранной системе отсчета. Молекулярное строение жидкостей заменяется сплошной средой той же массы. Нормальная жидкость – жидкость, в которой нет внутренних напряжений.

Вопрос

Главные и основные свойства жидкости – текучесть и вязкость. Вязкость– свойство жидкостей оказывать сопротивление сдвигу соседних слоев при движении жидкости. Все реальные жидкости обладают вязкостью, которая проявляется в виде внутреннего трения при относительном перемещении смежных частей жидкости. Свойство, обратное вязкости – текучесть. Текучесть характеризует степень подвижности частиц жидкости. Вязкость капельных жидкостей с увеличением температуры уменьшается, а газов увеличивается.

Вопрос

Объемные силы . Эта категория сил относится к массовым силам, поскольку их величина зависит от массы жидкости и действуют они на каждую частицу данного объема. К ним относятся сила тяжести и силы инерции, включая и центробежные.

Поверхностные силы. Эти силы действуют на поверхность, ограничивающую данный объем. К таким силам относятся силы давления, касательные напряжения и силы поверхностного натяжения. Силы давления обуславливают расширение или сжатие объема. Касательные напряжения обуславливают сдвиг слоев жидкости и отсутствуют в идеальной жидкости.

Вопрос

Идеальная - это жидкость, у которой отсутствует физическое свойство - вязкость. Жидкость можно считать идеальной при практических расчетах, если пренебрегать вязкостью и потерями по длине.

Жидкости, подчиняющиеся этому закону, называются ньютоновскими или линейными. Коэффициент пропорциональности в законе Ньютона носит название вязкости или динамического коэффициента вязкости. К ньютоновским жидкостям относятся все газы и большинство жидкостей при достаточно высокой температуре. Жидкости, не подчиняющиеся указанному закону, называются неньютоновскими.

-связь между поперечным градиентом скорости и касательными напряжениями

-связь между касательными напряжениями и скоростью сдвига.

Вопрос

При использовании метода Эйлера движение рассматривается с точки зрения неподвижного наблюдателя и параметры потока определяются в неподвижных точках.

Вопрос

Гидростатическое давление — Благодаря полной малоподвижности своих частиц капельные и газообразные жидкости, находясь в покое, передают давление одинаково во все стороны; давление это действует на всякую часть плоскости, ограничивающей жидкость, с силой Р, пропорциональной величине w этой поверхности, и направленной по нормали к ней. Отношение Pw, то есть давление р на поверхность равную единице, называется гидростатическим давлением.

Свойства гидростатического давления:

7.Гидростатическое давление действует нормально к воспринимающей его площадке и направлено внутрь объема жидкости.

Это связано с тем обстоятельством, что жидкость не оказывает сопротивления растягивающим и тангенциальным усилиям.

2. Гидростатическое давление не зависит от ориентации площадки, на которую оно действует. .

3.Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.

Вопрос

Абсолютное давление для этой точки будет , но т.к. давление на свободной поверхности в данном случае равняется атмосферному, то . Это давление будет соответствовать пьезометрическому напору .

Вопрос

р = + rgh

Закон Паскаля: величина полного гидростатического давления в некоторой точке, погруженной на глубину h относительно свободной поверхности, равна сумме внешнего давления на свободную поверхность жидкости и давления от веса столба жидкости с площадью основания, равной единице, и высотой, равной глубине погружения рассматриваемой точки h.

Сила давления жидкости на плоскую поверхность равна произведению гидростатического давления в центре тяжести на площадь R_абс = (p₀ + rgh_C)А

Вопрос

Центр давления — это точка тела, в которой пересекаются: линия действия равнодействующей сил давления на тело окружающей среды и некоторая плоскость, проведённая в теле.

Равновесие плавающих тел

устойчивое равновесие тела (центр давления выше центра тяжести),

неустойчивое равновесие тела (центр тяжести выше центра давления),

безразличное равновесие (центр тяжести совпадает с центром давления).

Безразличное равновесие - состояние механической системы, при котором небольшие изменения положений точек системы не влекут за собой возникновения сил, стремящихся изменить положение точек.

Вопрос

Для установившегося движения гидродинамические характеристики потока в данной точке зависят только от ее координат. При установившемся движении линии тока являются также траекториями движения жидких частиц, а элементарные жидкие струйки имеют неизменную форму. Установившееся движение подразделяется на равномерное и неравномерное. Равномерноедвижение характеризуется постоянством параметров по длине потока. При неравномерном движении гидродинамические параметры потока меняются по длине.

Неустановившееся движение - движение жидкости или газа, которое характеризуется переменностью во времени полей скорости и давления.

В зависимости от причин, вызывающих движение, и условий течения различают напорноеибезнапорное движение. Напорное движение может иметь место лишь в объемах, ограниченных твер-дыми стенками и не связанных с атмосферой. Безнапорное движение происходит при наличии свободной поверхности жидкости под дейст-вием силы тяжести. Это реки и каналы, а также частично заполненные трубы.

Вопрос

Траектория– кривая, вдоль которой происходит перемещение частицы жидкости.

Линия тока – кривая, в каждой точке которой вектор скорости движения частицы направлен по касательной к ней.

Для стационарного течения линии тока совпадают с траекториями жидких частиц. (Для нестационарных течений такое совпадение не имеет места, поскольку в последовательные моменты времени жидкие частицы уходят с линии тока).

Вопрос

Расход – количество жидкости, проходящей в единицу времени через данное сечение трубопровода.

При одномерном подходе мы рассматриваем среднюю скорость, то есть объемный расход, поделенный на поперечное сечение потока.

Трубка Пито–Прандтля измеряет местную скорость в данной точке

Вопрос

Смоченный периметр – длина контура живого сечения по твердой смоченной границе потока. При напорном движении смоченный переметр совпадает с геометрическим.

Гидравлический радиус – отношение площади живого сечения к смоченному периметру. R = w / П

Вопрос

Основным условием, которое должно соблюдаться при течении жидкости, является непрерывность изменения параметров потока в зависимости от координат и времени, т.е. при течении жидкости должны быть соблюдены условия при, которых жидкость должна двигаться в канале как сплошная среда, без разрывов. const

Вопрос

α – коэффициент, который учитывает неравномерность распределения скоростей в сечении, называется коэффициент Кориолиса. (в урав. Бернулли)

Вопрос

Все слагаемые выражают энергетические характеристики жидкости – удельные энергии (т. е. соответствующие единицы силы тяжести жидкости е_полн = е_пот + е_кин )

Вопрос

Вопрос

Для реальной жидкости необходимо учесть еще и удельные потери энергии h’w на участке 1-2, связанные с внутренним трением.

Вопросы

Для реальной жидкости существуют два основных режима течения – ламинарный и турбулентный. При ламинарном режиме поток представляет собой систему параллельных слоев. С ростом скорости при определенных условиях стационарность движения нарушается и движение частиц становится неупорядоченным и хаотическим (Турбулентный режим).

0<Re<2300 –Ламинарный режим

4000<Re<∞ -Турбулентный режим

Вопрос

Линейные потери напора – потери на трение.

Местные потери напора возникают в результате различных местных сопротивлений (тройников, отводов, задвижек, шаровых кранов, вентилей и т.п.).

Вопрос

В качестве основной характеристики шероховатости служит так называемая абсолютная шероховатость ∆, представляющая собой среднюю величину выступов и неровностей. Пределы шероховатости ∆ от

0,05 мм для новых цельнотянутых труб до 2,0 мм для старых стальных. В случае, если выступы шерохова-

тости меньше толщины δ вязкого (ламинарного) подслоя, т.е. если ∆<δ, тогда неровности стенки будут полностью погружены в этот слой, турбулентная часть потока не будет входить в непосредственное соприкосновение со стенками и потери энергии (напора) не будут зависеть от шероховатости, а будут

обусловлены лишь свойствами самой жидкости. Такие трубы называются гидравлически гладкими.

Если же ∆>δ, неровности стенок будут выступать в трубу. Внутренняя поверхность трубы58 Гидродинамика

лентную область, тем самым увеличивать беспорядочность движения и существенным образом влиять на потерю энергии. В этом случае трубы называют гидравлически шероховатыми.

Шероховатость, равная равномерной песочной шероховатости, по значению которой вычисляют такой же коэффициент гидравлического сопротивления, как и для фактической шероховатости.

Вопрос

Исследования по определению зависимости коэффициента λ от числа Рейнольдса и от относительной шероховатости (искусственная шероховатость)(График Никурадзе). Для труб с естественной шероховатостью закон изменения λ l от Re получается несколько иным, без подъема кривых после отклонения их от линии гладких труб.( графике Г.А. Мурина)

Вопрос

Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющих никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д.

Вопрос

В практике трубопроводы делятся на короткие и длинные. К первым относятся все трубопроводы, в которых местные потери напора превышают 5…10% потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора в местных сопротивлениях. Ко вторым относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 5…10% потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета местных потерь. Это, например, магистральные водоводы, нефтепроводы, и.т.д.

Вопрос

Эквивалентная длина -потери от местных сопротивлений выражают в метрах эквивалентной длины трубы того же диаметра, что и деталь, создающая сопротивление. Сопротивление проходного вентиля DУ=150 равно сопротивлению прямого участка длиной 50 м.

Вопрос

Под напором насоса (H) понимается удельная механическая работа, передаваемая насосом перекачиваемой жидкости.

Вопрос

Гидравлический удар - резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока. Он характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления, которое связано с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода.