Гидравлические элементы потока

Движение жидкости бывает напорным и безнапорным. Если стенки полностью ограничивают поток жидкости, то движение жидкости называют напорным (перемещение жидкости по полностью заполненным трубам). Если же ограничение потока ча­стичное, то движение жидкости называют безнапорным (движение жидкости в каналах, реках и т. п.). Напорные потоки иногда называют сплошь заполненными, а безнапорные — открытыми руслами.

Живым сечением элементарной струйки называют поверхность, нормальную к вектору скорости, т. е. к линии тока. Скорость движения частиц жидкости во всех точках одного сечения элемен­тарной струйки можно практически считать одинаковой ввиду незначительных размеров сечения, а само сечение — считать плоским.

Живое сечение потока определяют как сумму живых се­чений элементарных струек. Следовательно, живое сечение по­тока представляет собой поверхность, во всех точках которой скорости частиц жидкости нормальны к элементам этой поверх­ности.

Линию соприкасания жидкости с твердыми стенками, ограни­чивающими поток в данном живом сечении, называют смоченным периметром обозначим его через А. Отношение площади живого сечения потока S к длине смоченному периметру называется гидравлическим радиусом R = S/A

Напорное движение характеризуется тем, что гидродинамиче­ское давление в любой точке потока отлично от атмосферного и может быть как больше, так и меньше последнего. Безнапорное же движение характеризуется постоянным давлением на свободной поверхности, обычно равным атмосферному.

Примером напорного движения является, например, движение жидкости в трубопроводе при ее перекачке насосами, истечении из резервуара или водонапорного бака; примером безнапорного движения может служить движение жидкости в открытых каналах и реках.

При напорном движении жидкости геометри­ческий и смоченный периметры совпадают по величине. В случае же безнапорного движения жидкости смочен­ный периметр будет отличен от геометрческого, так как линия, по которой жидкость соприкасается с воздухом, в длину смочен­ного периметра не входит. Так, в случае канала, изображенного на рис., смоченный периметр А = b+ 2Н геометрический же периметр равен

2b+ 2H

Размерность живого сечения (площадь), смоченного периметра (длина)— ; гидравлический радиус также имеет размерность длины [L].

Подчеркнем, что гидравлический радиус и геометрический ра­диус— два совершенно различных понятия. Например, при напорном движении жидкости в круглой трубе диаметром d геометрический радиус r = d/2, а гидравлический радиус

При движении жидкости в открытом канале гидравлический радиус R = bH / b+2H