Тема 3.1 Основы гидродинамики и уравнения движения жидкости
Студент должен:
знать: основные понятия, определения, уравнения гидродинамики; геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли, его практическое применение; принцип действия приборов для измерения скорости и расхода жидкости;
уметь: применять уравнения: расхода, неразрывности потока Бернулли при решении практических задач.
Задачи, основные понятия и определения гидродинамики. Гидравлические элементы потока. Расход и средняя скорость. Уравнения расхода и неразрывности потока. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Энергетический и геометрический смысл уравнения Бернулли. Примеры практического применения уравнений гидродинамики. Измерение расхода и скорости. Мощность потока и мощность насоса. Принцип действия гидравлических машин.
Практическая работа: Применение уравнений гидродинамики при решении задач.
Литература: 1.
Методические указания
Изучение этого раздела следует начинать с понятия гидродинамического давления, скорости в точке внутри движущейся жидкости и видов движения.
Разобрать струйчатую модель движения жидкости. Ознакомиться с элементами движения: траектория, линия тока, элементарная струйка, поток.
Уяснить основные характеристики потока жидкости: живое сечение, смоченный периметр, гидравлический радиус, средняя скорость, расход.
Затем перейти к рассмотрению основных уравнений гидродинамики — неразрывности и уравнения Д. Бернулли.
Уравнение постоянства расхода:
υ1S1 = υ2S2
где υ - средняя скорость м/с;
S — площадь живого сечения соответственно в 1—м и 2 —м сечениях.
Самым важным уравнением в гидравлике, применяемым в технической практике, является уравнение Бернулли.
где
Z — геометрический напор — возвышение рассматриваемой точки (точка с давлением Р) данного живого сечения над произвольно выбранной горизонтальной плоскостью сравнения 00;
P / ρg — пьезометрический напор, возвышение уровня в пьезометрической трубке над точкой, имеющей ординату; мера "пьезометрический" значит "давление мерящий" воздействие на поток силы давления; удельная энергия давления;
υ2 / 2g — скоростной напор; возвышение уровня в трубке Пито, нижний открытый конец которой загнут против течения, над уровнем пьезометра; мера воздействия на поток силы инерции; удельная кинетическая энергия; высота взлета струи, выпущенной вертикально вверх со скоростью υ;
h1-2 — потерянный напор; понижение напорной линии энергии /за счет потерь энергии/ на участке между сечениями 1 и 2, для которых составляется уравнение Бернулли, перешедшей в тепловую, вследствии работы сил трения.
Рисунок 1
Уравнение Бернулли лежит в основе всей гидродинамики и позволяет решать самые разнообразные практические задачи, поэтому его изучению следует обратить особое внимание. Необходимо четко уяснить:
а) геометрический и энергетический смысл уравнения;
б) принцип графического изображения /струйчатость, медленная изменяемость движения и т. д./.
Изучение уравнения Бернулли нужно начать с рассмотрения простейшего случая движения элементарной струйки идеальной жидкости, разобраться в выводе этого уравнения из закона кинетической энергии, затем перейти к рассмотрению уравнения Бернулли для струйки реальной жидкости.
При изучении уравнения Бернулли для целого потока реальной жидкости надо обратить внимание на условия применения этого уравнения и на физический смысл коэффициента неравномерности распределения скоростей "α" по его живому сечению.
Важно усвоить понятие пьезометрической и напорной линии, а также пьезометрического и гидравлического уклонов.
Уравнение Бернулли надо не только хорошо знать, понимать, но и умета им пользоваться для решения практических задач, уметь составить его для различных конкретных случаев, что достигается только практикой.
Работая с уравнением Бернулли, полезно руководствоваться следующими указаниями:
1. Уравнение Бернулли составляется для 2-х живых сечений, то есть нормальных к направлению скорости течения; эти сечения должны располагаться на прямолинейных участках потока.
2. Одно из этих сечений следует брать там, где требуется определить или Р, или и, другое сечение рекомендуется брать там, где Р и υ — известны.
3. Нумеровать расчетное сечение следует так, чтобы жидкость двигалась or 1 — го ко 2—му сечению в противном случае знак должен быть изменен на обратный.
4. Горизонтальную плоскость сравнения желательно совмещать по высоте с тем из двух расчетных сечений, которое располагается ниже; тогда один из "Z" выпадает из уравнения, а второй — будет величиной положительной.
5. Последний член уравнения должен учитывать все потери напора между расчетными сечениями (линейные и местные).
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое установившееся и неустановившееся движение жидкости?
2. Что такое линия тока и элементарная струйка?
3. Дайте определение и назовите размерность следующих гидравлических величин и характеристик: площади поперечного сечения, смоченного периметра, гидравлического радиуса, расхода воды.
4. Что такое местная скорость и средняя скорость по живому сечению?
5. В чем заключается различие между уравнениями Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости и для потока?
6. В чем состоит геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли?
7. При каких условиях применимо уравнение Бернулли для потока?
8. Что такое пьезометрический уклон и гидравлический уклон? Может ли гидравлический уклон быть отрицательным?
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|