Неустановившееся и установившееся движение

Величины гидродинамических давлений p и скоростей u в потоке жидкости в общем случае распределены неравномерно, они меняются при переходе от одной точки потока к другой, т.е. являются функциями координат (x, y, z).

Помимо того гидродинамические давления и скорости в одних и тех же фиксированных точках потока могут изменяться во времени как по величине, так и по направлению. Эти условия в общем виде могут быть записаны следующим образом:

p = f₁(x, y, z, t);

u_x = f₂(x, y, z, t);

 u_y = f₃(x, y, z, t);                    (В – 2)

u_z = f₄(x, y, z, t).

Такой вид движения, при котором гидродинамические давления и скорости в каждой точке потока жидкости изменяются во времени по величине и направлению, называется неустановившимся движением.

 Примерами неустановившегося движения жидкости могут служить движение воды в реке во время весеннего половодья или при разрушении плотины.

Мы будем, в основном, рассматривать вопросы, касающиеся установившегося движения жидкости, при котором скорости и гидродинамические давления в каждой точке потока не изменяются во времени, а являются лишь функциями координат

p = f ₁ (x, y, z);

u_x = f ₂ (x, y, z);

u_y = f ₃ (x, y, z);                   (В – 3)

u_z = f ₄ (x, y, z).

Примерами установившегося движения жидкости являются: движение жидкости (воды, бензина, масла) в трубопроводе с постоянной скоростью течения; движение воды в канале постоянного сечения при постоянной глубине воды.

 

Неравномерное и равномерное движение жидкости

Обычно рассматривают два вида установившегося движения жидкости - неравномерное и равномерное движение.

Неравномерным называется такой вид установившегося движения потока жидкости, при котором все элементы потока (скорости, живые сечения, глубины и пр.) изменяются вдоль потока (вниз по течению).

Примерами неравномерного движения могут служить движение воды в реке при подпоре потока плотиной или какой-нибудь иной преградой; при стеснении русла реки опорами моста, расширении русла и т.д.

Равномерным называется вид установившегося движения, при котором элементы потока (скорости, живые сечения, глубины и пр.) не изменяются вдоль потока.

Примерами могут служить движение воды в трубе постоянного сечения или в призматическом открытом канале с постоянной глубиной наполнения, шириной и живым сечением канала.

 

Напорное и безнапорное движение жидкости

Как неравномерное, так и равномерное движение жидкости могут проявляться в двух формах: напорного и безнапорного движения.

Движение потока в трубе (водоводе) полным ее сечением, когда давление в жидкости больше атмосферного, называется напорным (Рис. 1.7, а).

Движение потока со свободной поверхностью, давление над которой известно и одинаково на протяжении потока называется безнапорным (открытые русла, каналы (Рис. 1.7, в) трубы, коллекторы, туннели с частичным заполнением трубы (Рис. 1.7, б) и т.д.).

 

 

Рис. 1.7

1.3. РЕЖИМЫ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ