Гидрогазодинамика

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Гидрогазодинамика

Содержание

2. 1. Основы гидростатики 1.1. Основные свойства жидкостей 1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля 1.3. Сила гидростатического давления
3. 1. Основы гидростатики Сплошная среда – модель, в которой: учитывается деформация тела под действием приложенных сил;
4. В рамках гипотезы сплошности состояние движущейся среды в каждой точке потока характеризуется макропараметрами: вектор скорости u(x,
5. Критерий сплошности К сплошным средам могут быть отнесены: Твердые тела, Жидкости (вода, масла, растворы, расплавы), Газы
6. Классификация моделей жидкости Модели сжимаемой и несжимаемой жидкости Сжимаемость – способность тела изменять свой объем под
7. Число Маха Во многих случаях газы можно рассматривать в рамках модели несжимаемой жидкости. u – скорость
8. Модели идеальной и вязкой жидкости Идеальная жидкость – жидкость с нулевой вязкостью, совершенно лишенная внутреннего трения
9. 1.1. Основные свойства жидкости Плотность (средняя плотность, плотность физически бесконечно малого объема) – скалярная физическая величина,
10. Сжимаемость жидкости – способность жидкости изменять свой объем под действием внешних сил. Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжатия
11. Температурное расширение жидкости. Коэффициент температурного расширения α выражает относительное увеличение объема жидкости при повышении температуры: Коэффициент
12. Динамический коэффициент вязкости μ – физическая характеристика жидкости, зависит от рода жидкости и ее температуры. 1
13. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при
14. Растворение газов Из закона растворимости Дальтона при давлениях до 30 МПа и постоянной температуре: константа растворимости
15. Кипение Вопросы для самостоятельного изучения: Определение процесса кипения; Явление кавитации; Кавитационная эрозия (рассмотреть на примере стенки
16. Сопротивление растяжению жидкостей Сопротивление растяжению может возникать только в дегазированных жидкостях. Технические жидкости не сопротивляются растягивающим
17. 1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля Гидростатика – раздел гидромеханики, изучающий законы равновесия жидкостей и газов. Основное
18. Основное уравнение гидростатики весовое давление pвес = p0 – внешнее давление. Т.об., полное, или абсолютное, гидростатическое
19. Закон Паскаля Давление, производимое на жидкость, передается внутри нее во все стороны (независимо от направления) с
20. 1.3. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда Сила гидростатического давления на плоскую поверхность P
21. 2. Основы гидродинамики 2.1. Основы кинематики потока жидкости 2.2. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
22. 2.1. Основы кинематики потока жидкости 2.1.1. Способы описания движения жидкости Кинематика рассматривает способы описания движения жидкости,
23. Метод Лагранжа Изучается сама жидкость, движущаяся в неподвижной системе координат. Используется в тех практических задачах, когда
24. Метод Эйлера Объект изучения: связанное с системой координат неподвижное пространство, заполненное движущейся жидкостью. Изучение движения начинается
25. 2.1.2. Траектории частиц и линии тока
26. Линия тока – векторная линия поля вектора скорости, т.е. линия, в каждой точке которой вектор скорости
28. 2.1.3. Струи и трубки тока Часть жидкости, ограниченная поверхностью, образованной траекториями, проходящими через замкнутый контур, называется
29. Совокупность линий тока, проведенных через все точки элементарной площадки dω (см. рис. 2.2), называется элементарной струйкой
30. Поперечное сечение струйки dω (см. рис. 2.2), нормальное к линиям тока, называется ж и в ы
32. Скачать презентацию

Слайд 2

1. Основы гидростатики
1.1. Основные свойства жидкостей
1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля
1.3. Сила

гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда

Слайд 3

1. Основы гидростатики
Сплошная среда – модель, в которой:
учитывается деформация тела под

действием приложенных сил;
полагается, что тело обладает свойством сплошности (масса тела распределена по пространству непрерывно).
Гипотеза сплошности введена в XVIII в. Даламбером (в 1744г.)
Среда рассматривается как сплошная (непрерывная, неразрывная).

Слайд 4

В рамках гипотезы сплошности состояние движущейся среды в каждой точке потока

характеризуется макропараметрами:
вектор скорости u(x, y, z, t),
давление p(x, y, z, t),
температура T(x, y, z, t),
плотность ρ(x, y, z, t),
динамический коэффициент вязкости µ(x, y, z, t),
кинематический коэффициент вязкости ν = µ/ρ = ν(x, y, z, t)

Слайд 5

Критерий сплошности
К сплошным средам могут быть отнесены:
Твердые тела,
Жидкости (вода, масла, растворы,

расплавы),
Газы (газ, пар, газовые смеси),
Плазма.
Для газов и плазмы гипотеза сплошности применима не всегда. Она неприменима для разреженной среды (например, в верхних слоях атмосферы).
Критерием сплошности может служить значение числа Кнудсена
где l – длина свободного пробега молекул; L – характерный размер тела.
Для сплошной среды должно выполняться условие

Слайд 6

Классификация моделей жидкости Модели сжимаемой и несжимаемой жидкости
Сжимаемость – способность тела

изменять свой объем под воздействием давления. Коэффициент сжимаемости определяется как
где ρ – плотность вещества, кг/м3; υ – удельный объем, м3; p – давление, Па; s – условия, при которых определяется коэффициент сжимаемости.
Капельные жидкости отличаются чрезвычайно малой сжимаемостью.
Течение капельных жидкостей рассматривают в рамках модели несжимаемой жидкости.
Для газов сжимаемость во много раз выше.

Слайд 7

Число Маха
Во многих случаях газы можно рассматривать в рамках модели несжимаемой

жидкости.
u – скорость газового потока, a – скорость звука.
Отношение М = u/a называется числом Маха.
Модель несжимаемой жидкости применима к капельным жидкостям и газам при М<0,3;
Модель сжимаемой жидкости – к газам при М>0,3.

Слайд 8

Модели идеальной и вязкой жидкости
Идеальная жидкость – жидкость с нулевой вязкостью,

совершенно лишенная внутреннего трения и не оказывающая никакого сопротивления сдвигу. Свойства идеальной жидкости можно приписать и несжимаемой, и сжимаемой жидкости.
Вязкая жидкость – близкая к реальности модель несжимаемой и сжимаемой жидкости.

Слайд 9

1.1. Основные свойства жидкости
Плотность (средняя плотность, плотность физически бесконечно малого объема)

– скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы жидкости в единице объема.
Единица измерения – 1 кг/м3.
Удельный вес – частное от деления веса частицы на ее объем:
g = 9,81 м/с2
Единица измерения – 1Н/м3.
Значения плотности воды в зависимости от температуры

Слайд 10

Сжимаемость жидкости – способность жидкости изменять свой объем под действием внешних

сил. Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжатия β, Па-1, выражающим относительное изменение объема при изменении давления:
Так как , а M = const, то
Величина, обратная коэффициенту сжатия, называется модулем объемной упругости K, Па:
Значение модуля упругости воды К при давлении 105 Па в зависимости от температуры

Слайд 11

Температурное расширение жидкости. Коэффициент температурного расширения α выражает относительное увеличение объема

жидкости при повышении температуры:
Коэффициент температурного расширения зависит от рода жидкости, ее температуры и давления.
Вязкость жидкости.
Между частицами или слоями жидкости, движущимися с различными скоростями, всегда возникает сила внутреннего трения, противодействующего движению. Свойство жидкости оказывать сопротивление скольжению слоев жидкости относительно друг друга называется вязкостью.
Сила внутреннего трения, отнесенная к единице поверхности соприкасающихся слоев жидкости, называется касательным напряжением τ.
- закон трения Ньютона
где выражает производную от скорости по направлению нормали к поверхности соприкасающихся слоев жидкости. Жидкости, удовлетворяющие данному закону называются ньютоновскими, а не удовлетворяющие – неньютоновскими.
С геометрической точки зрения . Касательное напряжение имеет наибольшее значение у стенок канала.

Слайд 12

Динамический коэффициент вязкости μ – физическая характеристика жидкости, зависит от рода

жидкости и ее температуры. 1 Н·с/м2 = 1 кг/м·с
Коэффициент кинематической вязкости ν – отношение вязкости μ к плотности ρ.
Значения кинематической вязкости ν воды в зависимости от температуры

Слайд 13

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев.
Вязкость

проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости (впервые обнаружены И.Ньютоном).

Слайд 14

Растворение газов
Из закона растворимости Дальтона при давлениях до 30 МПа и

постоянной температуре:
константа растворимости (константа Генри)
Коэффициент растворимости зависит от температуры:
где - изменение энтальпии при растворении;
R – универсальная газовая постоянная.

Слайд 15

Кипение
Вопросы для самостоятельного изучения:
Определение процесса кипения;
Явление кавитации;
Кавитационная эрозия (рассмотреть на

примере стенки трубопровода).

Слайд 16

Сопротивление растяжению жидкостей
Сопротивление растяжению может возникать только в дегазированных жидкостях. Технические

жидкости не сопротивляются растягивающим усилиям.
Поверхностное натяжение
Силы поверхностного натяжения; поверхностное натяжение; капиллярные явления; смачивание.
Особые свойства воды

Слайд 17

1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля
Гидростатика – раздел гидромеханики, изучающий законы равновесия

жидкостей и газов. Основное понятие гидростатики – это гидростатическое давление.

Слайд 18

Основное уравнение гидростатики
весовое давление pвес =
p0 – внешнее давление.
Т.об., полное, или

абсолютное, гидростатическое давление pабс = p0 + pвес
На практике часто пользуются избыточным, или манометрическим, давлением pман :
pман = pабс – pатм = p0 + - pатм
Недостаток абсолютного давления до атмосферного называется вакуумом, или вакууметрическим давлением:
pвак = pатм – pабс

Слайд 19

Закон Паскаля
Давление, производимое на жидкость, передается внутри нее во все стороны

(независимо от направления) с одинаковой силой.
На этом законе основаны расчеты машин, работающих под гидростатическим давлением (гидравлические прессы, домкраты и др.).

Слайд 20

1.3. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда
Сила гидростатического давления

на плоскую поверхность
P = (p0 + ρghц.т)ω,
где hц.т – глубина погружения центра тяжести смоченной части площади поверхности;
ω - площадь смоченной части поверхности.
Закон Архимеда. На погруженное в жидкость тело действует сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости, вытесненной телом.

Слайд 21

2. Основы гидродинамики
2.1. Основы кинематики потока жидкости
2.2. Уравнение Бернулли для потока

реальной жидкости

Слайд 22

2.1. Основы кинематики потока жидкости 2.1.1. Способы описания движения жидкости
Кинематика рассматривает способы

описания движения жидкости, отвлекаясь от причин этого движения.
Для задания положения и движения сплошной среды, в частности жидкости или газа, существует два способа: метод Лагранжа и метод Эйлера.

Слайд 23

Метод Лагранжа
Изучается сама жидкость, движущаяся в неподвижной системе координат. Используется в

тех практических задачах, когда нужно исследовать траектории движения отдельных частиц.

Слайд 24

Метод Эйлера
Объект изучения: связанное с системой координат неподвижное пространство, заполненное

движущейся жидкостью.
Изучение движения начинается с исследования распределения скоростей в пространстве и его изменения во времени, т.е. с изучения поля скоростей.

Слайд 25

2.1.2. Траектории частиц и линии тока

Слайд 26

Линия тока – векторная линия поля вектора скорости, т.е. линия, в

каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлен по касательной.

Слайд 27

Слайд 28

2.1.3. Струи и трубки тока
Часть жидкости, ограниченная поверхностью, образованной траекториями, проходящими

через замкнутый контур, называется струей (используется в методе Лагранжа).
Часть заполненного жидкостью пространства, которая ограничена поверхностью, образованной линиями тока, проходящими через замкнутый контур, называется трубкой тока (используется в методе Эйлера).

Слайд 29

Совокупность линий тока, проведенных через все точки элементарной площадки dω (см.

рис. 2.2), называется элементарной струйкой (т.е. э л е м е н т а р н о й с т р у й к о й называется масса жидкости внутри трубки тока).
Установившееся движение жидкости можно представить как совокупность элементарных струек, движущихся с разными скоростями и скользящими одна по другой. Такая совокупность движущихся струек называется в гидравлике потоком жидкости. В общем случае под потоком жидкости подразумевают движение массы жидкости, ограниченное системой поверхностей твердых, жидких или газообразных тел. Потоки по характеру движения могут быть разделены на напорные, безнапорные и струи.

Слайд 30

Поперечное сечение струйки dω (см. рис. 2.2), нормальное к линиям тока,

называется ж и в ы м с е ч е н и ем.
Кроме площади живого сечения в технической гидравлике используются понятия смоченный периметр и гидравлический радиус.
Смоченный периметр χ представляет собой длину той части поперечного сечения канала (русла), которая соприкасается с движущейся жидкостью.
Гидравлический радиус Rг равен отношению площади живого сечения ω к смоченному периметру:
Rг = χ/ω
Объем жидкости, проходящий через живое сечение струйки в единицу времени, называется р а с х о д о м э л е м е н т а р н о й с т р у й к и .
Предположим, что за промежуток времени dt через живое сечение dω элементарной струйки проходит объем жидкости dW. Тогда расход элементарной струйки будет равен:
dQ = dW/dt

Гидрогазодинамика

Содержание

1. Основы гидростатики1.1. Основные свойства жидкостей1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля1.3. Сила

1. Основы гидростатики Сплошная среда – модель, в которой: учитывается деформация тела под

В рамках гипотезы сплошности состояние движущейся среды в каждой точке потока

Критерий сплошностиК сплошным средам могут быть отнесены:Твердые тела,Жидкости (вода, масла, растворы,

Классификация моделей жидкости Модели сжимаемой и несжимаемой жидкостиСжимаемость – способность тела

Число Маха Во многих случаях газы можно рассматривать в рамках модели несжимаемой

Модели идеальной и вязкой жидкости Идеальная жидкость – жидкость с нулевой вязкостью,

1.1. Основные свойства жидкости Плотность (средняя плотность, плотность физически бесконечно малого объема)

Сжимаемость жидкости – способность жидкости изменять свой объем под действием внешних

Температурное расширение жидкости. Коэффициент температурного расширения α выражает относительное увеличение объема

Динамический коэффициент вязкости μ – физическая характеристика жидкости, зависит от рода

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев. Вязкость

Растворение газов Из закона растворимости Дальтона при давлениях до 30 МПа и

КипениеВопросы для самостоятельного изучения:Определение процесса кипения;Явление кавитации; Кавитационная эрозия (рассмотреть на

Сопротивление растяжению жидкостей Сопротивление растяжению может возникать только в дегазированных жидкостях. Технические

1.2. Гидростатическое давление. Закон ПаскаляГидростатика – раздел гидромеханики, изучающий законы равновесия

Основное уравнение гидростатикивесовое давление pвес =p0 – внешнее давление.Т.об., полное, или

Закон Паскаля Давление, производимое на жидкость, передается внутри нее во все стороны

1.3. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда Сила гидростатического давления

2. Основы гидродинамики2.1. Основы кинематики потока жидкости2.2. Уравнение Бернулли для потока

2.1. Основы кинематики потока жидкости 2.1.1. Способы описания движения жидкости Кинематика рассматривает способы

Метод Лагранжа Изучается сама жидкость, движущаяся в неподвижной системе координат. Используется в

Метод Эйлера Объект изучения: связанное с системой координат неподвижное пространство, заполненное