Хидродинамиката е дял от хидравликата, който се занимава със законите на движението и взаимодействието на течност с неподвижни и движещи се повърхности.
Движението на течност е значително различно от движението твърдо. Когато течността се движи, разстоянието между нейните частици не остава постоянно. Движението на достатъчно малък обем течност може да бъде представено като сбор от три движения: транслационно, въртеливо движениецелият обем като цяло, както и движението на различни частици от обема една спрямо друга. В движеща се течност се вземат предвид както масовите сили, така и силите на триене (вискозитет).
Движещата се течност се характеризира с два параметъра: скорост на потока и хидродинамично налягане. Основната задача на хидродинамиката е да определи тези параметри за дадена система от външни сили.
Стабилное движение, при което скоростта и налягането във всяка точка от пространството, заето от течността, не се променят във времето и са функции само на нейните координати:
При нестабилен в движение налягането и скоростта се променят във всяка точка не само с промени в координатите, но и във времето:
Под течна частица в хидродинамиката разбираме условно изолиран много малък обем течност, чиято промяна във формата може да бъде пренебрегната. Всяка частица течност, когато се движи, описва крива, наречена траектория на движение .
Под поток на течност разбирайте движеща се маса от течност, напълно или частично ограничена от повърхности. Интерфейсите могат да бъдат твърди или образувани от самата течност на интерфейса. Границите на потоците са стените на тръбите, каналите, откритата повърхност на течността, както и повърхността на телата, обтекани от потока.
Под наляганее движението на потока в затворени канали, когато напречното сечение е напълно запълнено с течност. Например движение на налягането в тръбите. Това се дължи на разликата в налягането в началото и края на тръбопровода.
Земно притегляненарича движение на течност в отворени канали, когато потокът има свободна повърхност. В този случай движението се извършва само поради гравитацията, т.е. при наличие на наклон (движение на водата в канали, реки, тави и др.).
Реактивни самолетиса потоци течност, протичащи през отвори или дюзи под въздействието на налягане. Струите могат да бъдат ограничени от всички страни от газообразна или течна среда. В първия случай те се наричат свободни, във втория - наводнени.
Текущ реднаречена въображаема крива в движещ се поток от течност, за която векторите на скоростта на всяка от частиците на течността, разположени върху нея в този моментвремето са допирателни към тази крива. Линията на тока при равномерно движение съвпада с траекторията на частицата. При нестабилно движение линиите на потока не съвпадат с траекторията. Линията на потока характеризира посоката на движение на всички частици, разположени върху нея в даден момент, а траекторията представлява пътя, изминат от една частица за известно време.
Ако в поток от движещ се флуид изберем елементарна област, ограничена от контур и начертаем обтекаеми линии през всички нейни точки, тогава се получава тръбна повърхност, т.нар. токова тръба , а течността, движеща се вътре в текущата тръба, се нарича елементарна струйка . Напречното сечение, разположено нормално спрямо линиите на тока, се нарича живо сечение на елементарния поток.
ДА СЕ– токова верига
Елементарният поток с равномерно движение има следните свойства:
Формата и ориентацията му в пространството остават непроменени във времето;
Страничната повърхност на потока е непропусклива за течност, т.е. нито една частица течност не може да проникне или да излезе през страничните стени на текущата тръба;
Поради малкото живо напречно сечение на потока, скоростта и налягането във всички точки на напречното сечение трябва да се считат за еднакви. Въпреки това, по потоците стойностите на скоростта и налягането обикновено могат да се променят.
Напречно сечение на жив поток Енаречена площ на напречното сечение, перпендикулярна на посоката на линията на потока и ограничена от външния й контур. Площта на живото напречно сечение на потока е равна на сумата от площите на живите напречни сечения на елементарните потоци.
Периметър на намокрения поток Pе дължината на контура на активното сечение, по което течността влиза в контакт със стените, които го ограничават.
По време на движението на течността под налягане, мокрият периметър Псъвпада с геометричния периметър Стр, не съвпада, когато тече свободно.
Хидравличен радиус Р g е съотношението на жилищната площ на напречното сечение към мокрия периметър:
Геометричен радиус и хидравличен радиус – абсолютно различни концепции, дори в случай на движение под налягане на течност в кръгла тръба. Например за тръба с диаметър дгеометричен радиус и хидравличен радиус.
В хидравличните изчисления понятието често се използва еквивалентен диаметър :
Дебитът е количеството течност, преминаващо през секцията на потока за единица време. Има обемни Q,маса Ми тегло Жразходи за течности. Те са свързани помежду си:
За елементарен поток елементарният дебит се определя по формулата:
Където dFе живата площ на напречното сечение на елементарен поток.
Скорост на течността в различни точкиживото напречно сечение на потока е различно и точният закон на промяната на скоростта по протежение на напречното сечение не винаги е известен, следователно, за да се опростят изчисленията, се въвежда понятието средна скорост за живото напречно сечение, тогава: .
Средната скорост– фиктивна скорост на потока, която се счита за еднаква за всички частици от дадено напречно сечение и е избрана така, че скоростта на потока, определена от нейната стойност, е равна на истински смисълконсумация
Равномерното движение се характеризира с постоянен поток във времето. Прави се разлика между равномерно и неравномерно равномерно движение.
Равномерно равномерно движениеТова е движение на течност, при което средната скорост и площите на напречното сечение на потока не се променят по дължината му, например движението, установено в цилиндрична тръба в призматичен канал.
Неравномерно стабилно движениеТова се нарича движение, при което средната скорост и площта на живите напречни сечения на потока се променят по дължината му, например движение в тръба с променливо напречно сечение, движение в отворени канали при наличие на преградна структура.
Явленията, възникващи в реални хидравлични устройства, са сложни, така че процесите се описват с помощта на опростени флуидни модели с различна степен на идеализация. При необходимост получените резултати се изясняват. В хидродинамиката се използват четири флуидни модела:
Идеален (невисциден) и несвиваем, най-грубият и прост модел на течност, когато V=0И ;
Реален (вискозен) и несвиваем, който отчита загубите на енергия поради триене и се използва при изследване на статичните и енергийните характеристики на елементите;
Идеален (не вискозен) и свиваем, позволяващ да се разглеждат динамичните процеси в първо приближение с минимални затруднения;
Реални (вискозни) и компресируеми, най-пълно отразяващи реалността, използвани при подробно изследване на динамични процеси.
Основният обект на изследване в хидродинамиката е потокът
течност, т.е. движението на маса течност между границите
повърхности. Движеща силапотокът е разликата в налягането.
Има два вида движение на течности: стабилно и нестационарно. Uпревръщането е движение, при което скоростта на течността във всяка точка от пространството, което заема, не се променя с времето. При нестабилно движение скоростта на течността се променя по големина или посока във времето.
Живото напречно сечение на потока е напречното сечение в потока, което е нормално спрямо посоката на движение на флуида.
Средната скорост v е съотношението на обемния дебит на течността (V) към отворената площ на напречното сечение на потока (S)
Масов дебит
М= ρ vS, (1.11)
Където ρ е плътността на течността.
Масова скорост на флуида
Има безнапорни (свободни) и напорни потоци. Гравитационният поток е поток, който има свободна повърхност, например потокът на водата в канал или река. Поток под налягане, например поток вода във водопровод, няма свободна повърхност и заема цялата жива част на канала.
Хидравличният радиус R g (m) се разбира като съотношението на площта на живото напречно сечение на потока към намокрения периметър на теления канал
Rg =S/P, (1.13)
където S е площта на отвореното напречно сечение на течността, m2; P е мокрият периметър на канала, m.
Еквивалентният диаметър е равен на диаметъра на хипотетичен (предполагаем) кръгъл тръбопровод, за който съотношението на площта A към мокрия периметър P е същото като за даден кръгъл тръбопровод, т.е.
d e =d=4R g =4A/P. (1,14)
Ламинарно и турбулентно движение на течности
Експериментално е установено, че в природата има две различни видоведвижения на потока - ламинарни (слоести, подредени), при които отделните слоеве течност се плъзгат един спрямо друг, и турбулентни (неподредени), когато течните частици се движат по сложни, постоянно променящи се траектории.
В резултат на това консумацията на енергия за турбулентно движение на потока е по-голяма, отколкото за ламинарен поток. Интензитетът на пулсациите служи като мярка за турбулентността на потока. Пулсиращи скорости, които са отклонения моментна скоростот средната стойност на скоростта на потока, може да се разложи на отделни компоненти ∆v x, ∆v y и ∆v z, които характеризират турбулентността на потока.
Според фигурата, осреднената
дебит
Размер ν t се нарича турбулентен вискозитет, който за разлика от обикновения вискозитет не е свойство на самата течност, а зависи от параметрите на потока - скорост на течността, разстояние от стената на тръбата и др.
Въз основа на експерименталните резултати Рейнолдс установи, че режимът на движение на течността зависи от скоростта на потока, плътността и вискозитета на течността и диаметъра на тръбата. Тези величини са включени в безразмерния комплекс – критерия на Рейнолдс Re=vdρ/ŋ.
Преходът от ламинарно към турбулентно движение става при критична стойност на критерия Re Kp. Стойността Re KP е характерна за всяка група процеси. Например ламинарният режим, когато потокът се движи в права тръба, се наблюдава при Re≤2300. При Re>10 4 възниква развит турбулентен режим. За движение на течност в намотки Re K p= f(i/D), за смесване Re KP ≈50, утаяване - 0,2 и др.
Разпределение на скоростта и дебит на течност в поток.
В турбулентния поток условно се разграничават централна зона с развито турбулентно движение, наречена сърцевина на потока, и граничен слой, където се извършва преходът от турбулентно към ламинарно движение.
В близост до самата стена на тръбата, където вискозните сили имат преобладаващо влияние върху естеството на движението на флуида, режимът на потока става основно ламинарен. Ламинарният подслой в турбулентния поток има много малка дебелина, която намалява с увеличаване на турбулентността. Въпреки това, явленията, които се случват в него, оказват значително влияние върху размера на съпротивлението по време на движение на флуида и върху протичането на процеси на топло- и масообмен.
Уравнение за непрекъснатост на потока.
За капкова течност p=const,
следователно,
v 1 S 1 = v 2 S 2 = v 3 S 3 (1.15)
и V 1 = V 2 = V 3 (1.16)
Изрази (1.15) и (1.16)
са уравнението
непрекъснатост за стабилно състояние
поток в интегрална форма.
По този начин, с равномерно движение през всяко напречно сечение на тръбопровода при неговото
При пълно запълване за единица време преминава същото количество течност.
Диференциални уравнения на Ойлер и Навие - Стокс.
Според основния принцип на динамиката,
сумата от проекциите на силите, действащи върху
движещ се обем на течността е равен на
произведение на масата на течността по
ускорение. Маса на течността в обем
елементарен паралелепипед (виж фигурата)
Съотношението на силите на налягане към инерционните сили дава критерия на Ойлер (ако вместо абсолютното налягане p въведем разликата в налягането ∆р между две точки на течността)
La = Eu Re = (1,20)
Уравнение на Бернули.
v 2 /(2g) + p/(ρg) + z=конст (1.21)
Изразът (1.21) е уравнението на Бернули за идеална течност. За всеки две подобни точки в потока можете
пишете
z 1 + p 1 /(ρg) + v 1 2 /(2g)= z 2 +p 2 /(ρg) + v 2 2 /(2g). (1.22)
величина z + p/(ρg) + v 2 /(2g)се нарича общ хидродинамичен напор, където z е геометрична глава (Hг), представящи специфичното потенциална енергияпозиция в дадена точка; p/(ρg) - статично налягане (N st), характеризиращо специфичната потенциална енергия на налягането в дадена точка; v 2 / (2g) - динамичен напор (H dyne), представляващ специфичната кинетична енергия в дадена точка.
Част от енергията на потока, т.нар отзагуба на налягане N пот.
Хидравлично съпротивление в тръбопроводи.
Съгласно (1.22),
N пот = (z 1 -z 2)++.
На хоризонтален участък от тръба (z 1 =z 2) с постоянен диаметър при равномерно движениепоток (v 1 =v 2) загуба на налягане
N пот = ∆p/(ρg)= H tr (1,23)
Загубите на налягане в резултат на рязка промяна в конфигурацията на границите на потока се наричат локални загуби N m. със или загуба на налягане поради локално съпротивление. По този начин общите загуби на налягане по време на движение на течността са сумата от загубите на налягане поради триене и загубите поради локално съпротивление, т.е.
N пот = N tr + N m.s (1,24)
∆p tr = f(d, l, ŋ, v, n w), (1,25)
N tr = λ. (1,26)
От (1.26) следва, че загубата на главата на триене е право пропорционална на дължината на тръбата и скоростта на потока и обратно пропорционална на диаметъра на тръбата
λ lam = 64/Re (1,27)
λ обиколка = 0,316/ . (1,28)
При турбулентен поток коефициентът на триене в общия случай зависи не само от характера на движението на течността, но и от грапавостта на стените на тръбата.
Подобно на заключението на N tr, използвайки метода за анализ на размера
Новини,
H m. c = ξv 2 /(2g), (1.29)
Където ξ - коефициент на местно съпротивление; v е скоростта на потока след преминаване през локално съпротивление.
N m.s =∑ ξv 2 /(2g) (1.30)
Външен проблем на хидродинамиката.
Законите за движение на твърди тела в течност (или поток на течност около твърди тела) имат важноза изчисляване на много устройства, използвани в производството на строителни материали. Познаването на тези закони ни позволява не само да си представим по-пълно физическата същност на явленията, които се случват, например, при транспортиране на бетонна смес през тръбопроводи, смесване на различни видове маси и движение на частици по време на сушене и изпичане в суспендиран състояние, но и за по-правилно и икономично проектиране на технологичните възли и инсталации, използвани за тези цели.
Обтичане на течност около твърдо тяло:
а - ламинарен режим; б- турбулентен режим
Когато флуиден поток тече около неподвижна частица, възниква хидродинамично съпротивление, което зависи главно от начина на движение и формата на обтекаемите частици. При ниски скорости и малки размери на телата или при висок вискозитет на средата, режимът на движение е ламинарен, тялото е заобиколено от граничен слой течност и плавно го обтича. Загубата на налягане в този случай е свързана главно с преодоляване на съпротивлението на триене (фиг. а). С развитието на турбулентността инерционните сили започват да играят все по-важна роля. Под тяхно въздействие граничният слой се откъсва от повърхността, което води до намаляване на налягането непосредствено зад тялото и образуване на вихри в тази област (фиг. б). В резултат на това се появява допълнителна съпротивителна сила, насочена към потока. Тъй като зависи от формата на тялото, се нарича устойчивост на формата.
От страната на движещата се течност върху нея действа съпротивителна сила, равна по големина на допълнителната сила на натиск на течността върху тялото. Сумата от двете съпротивления се нарича устойчивост на натиск.
p = p налягане + p tr (1.31)
p=cSρv 2 /2 (1,32)
Утаяване на частици под въздействието на гравитацията.
Тегло на топка в неподвижна течна среда
G=1/6d 3 (ρ TV -ρ F)g (1,33)
Уравнение на равновесието
cS ρ f = (ρ TV -ρ F)g (1,34)
Скорост на реенето на частиците:
vvit = (1,35)
Диаграма на силите, действащи върху частица
разположен
в горното течение
В случай на въздушни потоци, с достатъчна точност за инженерни изчисления, може да се вземе ρ tv - ρ l ≈ ρ tv, тъй като плътността на въздуха е много малка в сравнение с плътността на твърдо тяло. В този случай формула (1.35) изглежда така:
v vit =3,62 (1,36)
При реални суспендирани потоци е необходимо да се въведе корекция в тези формули, за да се вземе предвид влиянието на стените и съседните частици
v vit.st = E st v vit, (1,37)
Където д st е коефициентът на ограничаване, зависещ от отношението d/D и обемната концентрация на частиците в потока; коефициент д st се определя емпирично.
Максималният размер на частиците, чието утаяване се извършва съгласно закона на Стокс, се намира чрез заместване в (1.37) на стойността vvit от
Критерий на Рейнолдс, като Re=vdρ/ŋ = 2, тогава
Смесена задача по хидродинамика.
Загубите на налягане, когато течността се движи през гранулиран слой, могат да бъдат изчислени с помощта на формула, подобна на загубите на налягане поради триене в тръбопроводите:
∆pтр = λ (1.39)
Тогава еквивалентният диаметър на каналите на гранулирания слой е:
d e = 4 ( )= (1.40)
Хидродинамика на окачен слой.
При ниски скорости на потока течност или газ, преминаващи през гранулирания слой отдолу, последният остава неподвижен, тъй като потокът преминава през междугранулирани канали, т.е. филтрира се през слоя.
С увеличаване на скоростта на потока пролуките между частиците се увеличават - потокът сякаш ги повдига. Частиците се движат и се смесват с газ или течност. Получената суспензия се нарича суспендиран или кипящ слой, тъй като масата от твърди частици, в резултат на непрекъснато смесване във възходящ поток, преминава в лесно подвижно състояние, наподобяващо кипяща течност.
Състоянието и условията на съществуване на суспендирания слой зависят от скоростта на възходящия поток и физични свойствасистеми.
Слоят ще остане неподвижен в възходящото течение, ако vvit > v (филтрация); слоят ще бъде в състояние на равновесие (vitania), ако vvit ≈ v (претеглен слой); твърдите частици ще се движат по посока на потока, ако v вит< v (унос).
Движение на течност през гранулирания слой
А - фиксиран слой; b - кипящ кипящ слой; V - увличане на частици чрез поток
Съотношението на работната скорост v 0 към скоростта на началото на флуидизацията се нарича число на флуидизация Kv:
K v =v 0 /v p c (1,41)
Филмов поток от течност и бълбукане.
За да образуват значителна контактна повърхност, те най-често прибягват до такава техника, когато течността е принудена да тече под въздействието на гравитацията по вертикална или наклонена стена, а газът (или парата) е насочен отдолу нагоре. Намират приложение и устройства, при които газът преминава през слой течност, образувайки отделни струи, мехурчета, пяна и пръски. Този процес се нарича барботиране.
а - ламинарен поток; б - вълнов поток;
c - разрушаване на филма (инверсия).
Поток на ненютонови течности.
В съвременната теория ненютоновите течности се разделят на три класа.
Първият клас включва вискозни или неподвижни ненютонови течности, за които функцията в уравнението τ=f(dv/dy) не зависи от времето.
Криви на потока на Нютонова и Бингамова течност:
1-нютонова течност
2- Бингам неструктурирана течност
3 същите, структурирани
Въз основа на вида на кривите на потока се разграничават Bingham (виж фиг. крива 2), псевдопластични и дилатантни течности.
Потокът на течността на Бингам започва само след прилагането на τ 0 ≥τ (изчислено от уравнението на Нютон), което е необходимо за разрушаване на структурата, образувана в тази система. Такъв поток се нарича пластичен, а критичното (т.е. ограничаващо) напрежение на срязване τ 0 се нарича граница на провлачване. При напрежения, по-малки от τ 0, течностите на Бингам се държат като твърди тела, а при напрежения, по-големи от τ 0, те се държат като нютонови течности, т.е. зависимостта на τ 0 от dv/dy е линейна.
Смята се, че структурата на тялото на Бингам под въздействието на екстремно напрежение на срязване незабавно и напълно се разрушава, в резултат на което тялото на Бингам се превръща в течност; когато стресът бъде премахнат, структурата се възстановява и тялото се връща до твърдо състояние.
Уравнението на кривата на потока се нарича уравнение на Шведов-Бингам:
τ = τ 0 + ŋ pl (1.42)
Зона А-А 1 - почти права линия, в която пластичният поток на системата протича без забележимо разрушаване на структурата при най-висок постоянен пластичен вискозитет (шведски)
ŋpl = (1,43)
Кривата A 1 -A 2 е областта на пластичното течение на системата с постоянно разрушаване на структурата. Пластичният вискозитет рязко пада, в резултат на което скоростта на потока бързо се увеличава. Раздел A 2 -A 3 е област с изключително разрушена структура, над която протича потокът с най-нисък пластичен вискозитет (Bingham):
ŋ pl min = ( τ-τ 2)/(dv/dy) (1,44)
Преходът от областта на пластичния поток на системата към областта на изключително разрушената структура се характеризира с динамично ограничаващото напрежение на срязване на системата τ 0. По-нататъшното увеличаване на напреженията на системата завършва с прекъсване на непрекъснатостта на конструкцията, характеризираща се с крайната якост τ max (P t).
Псевдопластични
течности (фиг. крива 1)
започват да текат още при самото
малки стойности на τ.
Те се характеризират с
че стойността на вискозитета в
всяка конкретна точка
крива зависи от
градиент на скоростта.
Псевдопластичните течности включват разтвори на полимери, целулоза и суспензии с асиметрична структура на частиците.
Дилатантните течности (фиг. крива 2) включват нишестени суспензии и различни адхезиви с високо съотношение T/L. За разлика от псевдопластичните течности, тези течности се характеризират с увеличаване на видимия вискозитет с увеличаване на градиента на скоростта. Техният поток може също да се опише с уравнението на Оствалд за m>1.
Вторият клас включва ненютонови течности, чиито характеристики зависят от времето (нестационарни течности). За тези структури привидният вискозитет се определя не само от градиента на скоростта на срязване, но и от неговата продължителност.
В зависимост от естеството на влиянието на продължителността на срязване върху структурата се разграничават тиксотропни и реопектантни течности. U тиксотропенВ течности, с увеличаване на продължителността на излагане на напрежение на срязване с определена стойност, структурата се разрушава, вискозитетът намалява и потокът честта се увеличава. След отстраняване на напрежението структурата на течността постепенно се възстановява с увеличаване на вискозитета. Типичен примерМного бои са тиксотропни течности, увеличаващи вискозитета с времето. В реопектичните течности течливостта намалява с увеличаване на продължителността на излагане на напрежение на срязване.
Третият клас включва вискоеластични или максвелови течности. Течностите текат под въздействието на напрежение τ, но след премахване на напрежението те частично възстановяват формата си. По този начин тези структури имат двойно свойство - вискозен поток според закона на Нютон и еластично възстановяване на формата според закона на Хук. Примери за тях са някои смоли и пасти, нишестени лепила.
Промяната във вискозитета като функция на напрежението на срязване за псевдопластични, тиксотропни (течни) и пластично-вискозни твърди) системи е показано на фиг.
Потокът на ненютонови течности е обект на изучаване на науката за деформацията и потока - реологията.
Пневматичен и хидравличен транспорт.
Регион практическо приложениезакони на движение на двуфазни системи в индустрията строителни материалидостатъчно широк. Те включват методи за класифициране на суровини в течна и въздушна среда, сушене и изпичане на материали в суспендирано състояние, обезпрашаване на газове, пневматичен и хидравличен транспорт.
Пневматичен транспорт. Да характеризира пневматичния транспорт голямо значениеима посоката на транспортиране, концентрацията на твърдата фаза и размера на транспортираните частици, налягането в системата. Посоката на транспортиране може да бъде вертикална, хоризонтална и наклонена.
Схема на въздушен улей за хоризонтално транспортиране на цимент
Хидротранспорт. Във връзка с хидравличния транспорт твърд материалСпоред зърнометричния състав те се разделят на букови частици с размер на частиците над 2...3 mm, едри - 0,15...3 mm и фини - под 0,15...0,2 mm. Механизмът на взаимодействие между твърди частици от едрозърнест материал и суспендиран течен поток е идентичен с пневматичния транспортен поток. Между тях обаче има съществена разлика: при хидравличния транспорт разликата в плътностите на транспортиращия поток и транспортирания материал е много по-малка, отколкото при пневматичния транспорт; Има голяма разлика във вискозитета на транспортните среди.
Раздел от механиката на непрекъснатата среда, в който се изучават законите на движението на течността и нейното взаимодействие с телата, потопени в нея. Тъй като обаче при относително ниски скорости въздухът може да се счита за несвиваем флуид,... ... Енциклопедия на техниката
- (от гръцки hydor вода и динамика), раздел на хидроаеромеханиката, в който се изучава движението на несвиваеми течности и тяхното взаимодействие с твърди тела. тела. G. е исторически най-ранният и най-добре развит раздел от механиката на течностите и газовете, следователно понякога G. не е... ... Физическа енциклопедия
- (от хидро... и динамика) раздел на хидромеханиката, изучава движението на течности и тяхното въздействие върху твърдите тела, които текат около тях. Теоретичните методи на хидродинамиката се основават на решаването на точни или приблизителни уравнения, които описват физически явления в... ... Голям енциклопедичен речник
ХИДРОДИНАМИКА, във физиката, раздел от МЕХАНИКАТА, който изучава движението на течности (течности и газове). Той е от голямо значение в промишлеността, особено в химическото, петролното и хидравличното инженерство. Изучава свойствата на течности, като молекулярни... ... Научно-технически енциклопедичен речник
ХИДРОДИНАМИКА, хидродинамика, много други. не, женска (от гръцки hydor вода и dynamis сила) (мех.). Частта от механиката, която изучава законите на равновесието на движещи се течности. Изчисляването на водните турбини се основава на законите на хидромеханиката. РечникУшакова. Д.Н....... Обяснителен речник на Ушаков
Съществително име, брой синоними: 4 аерохидродинамика (1) хидравлика (2) динамика (18) ... Речник на синонимите
Част от механиката на течностите, науката за движението на несвиваеми течности под въздействието на външни сили и механичното влияние между течността и телата в контакт с нея по време на тяхното относително движение. Когато изучава конкретен проблем, Г. използва... ... Геоложка енциклопедия
Раздел от механиката на флуидите, който изучава законите на движение на несвиваеми флуиди и тяхното взаимодействие с твърди тела. Хидродинамичните изследвания се използват широко при проектирането на кораби, подводници и др. EdwART. Тълковен военноморски... ...морски речник
хидродинамика- - [Я.Н.Лугински, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Английско-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999] Теми на електротехниката, основни понятия EN хидродинамика ... Ръководство за технически преводач
ХИДРОДИНАМИКА- раздел (виж), който изучава законите на движение на несвиваем флуид и неговото взаимодействие с твърди тела. Хидродинамичните изследвания се използват широко при проектирането на кораби, подводници, подводни криле и др. Голяма политехническа енциклопедия
Книги
- Хидродинамика, или бележки за силите и движенията на течности, Д. Бернули. През 1738 г. е публикувана известната работа на Даниел Бернули „Хидродинамика, или бележки за силите и движенията на течностите (Hydrodynamica, sive de viribus et motibus fluidorum commentarii)“, в която...
Както в други научни области, които разглеждат динамиката на непрекъснатите среди, на първо място, има плавен преход от реално състояние, състоящо се от огромен брой отделни атоми или молекули, към абстрактно постоянно състояние, за което уравненията на движението са написани.
Широк кръг от изследвани проблеми химическа технологияи инженерната практика са пряко свързани с явленията на хидродинамиката. Въпреки цялото си разпространение и търсене, хидродинамичните проблеми са доста сложни, както в изпълнение, така и в теоретични аспекти.
В хидродинамиката характеристиките на потоците в технологичен обект могат да се определят теоретично и експериментално. Въпреки че резултатите от изследването са точни и надеждни, провеждането на самите експерименти отнема време и е скъпо.
Бележка 1
Алтернатива на тази посока е използването на изчислителната динамика на флуидите, която е подраздел на механиката на континуума, състоящ се от физически, числени и математически методи.
Предимствата на изчислителната динамика на флуидите пред експерименталните експерименти са пълнотата на получената информация, високата скорост и ниската цена. Разбира се, използването на този раздел във физиката не отрича настройката на самия научен експеримент, но използването му може значително да намали разходите и да ускори постигането на целта.
Някои аспекти на приложението на хидродинамиката
Много технологични процеси в химическа индустриятясно свързано с:
- движение на газове, течности или пари;
- разбъркване в нестабилна течна среда;
- разпределение на хетерогенни смеси чрез филтруване, утаяване и центрофугиране.
Скорост на горното физични явленияопределени от законите на хидродинамиката. Хидродинамичните теории и техните практически приложения разглеждат принципите на равновесието в покой, както и моделите на движение на течности и газове.
Значението на изучаването на хидродинамиката за инженер или химик не се ограничава до факта, че нейните закони са в основата на хидромеханичните процеси. Хидродинамичните закони често напълно определят естеството на ефектите от преноса на топлина, пренос на маса и реакционни химични процеси в едромащабни промишлени апарати.
Основните формули на хидродинамиката са уравненията на Навие-Стокс. Концепцията включва параметри на движение и коефициенти на непрекъснатост. В хидродинамиката също има два основни типа флуидни течения – турбулентни и ламинарен. Именно бурното направление създава сериозни трудности при моделирането на проекти.
Определение 2
Турбулентността е нестабилно състояние на течността, континуум, газ, смеси от тях, когато в тях възникват хаотични флуктуации на скорост, налягане, температура и плътност спрямо първоначалните стойности.
Това явление може да се наблюдава поради появата, взаимодействието и изчезването в системи на вихрови движения от различни мащаби, както и нелинейни и линейни струи. Турбуленция възниква, когато числото на Рейнолдс значително надвиши критична стойност. Турбуленция може да възникне и по време на кавитация (кипене). Незабавни показатели външна средастават неконтролируеми. Моделирането на турбулентността е един от нерешените и най-трудни проблеми в динамиката на флуидите. Днес са създадени много различни модели и програми за точно изчисляване на турбулентни потоци, които се различават една от друга по точността на описанието на потока и сложността на решението.
Хидродинамика в химическото оборудване
Фигура 2. Хидродинамика в химическото оборудване. Author24 - онлайн обмен на студентски работи
Хидродинамика в химическо производствовеществата често са в течно състояние. Такива различни елементи трябва да се нагряват и охлаждат, транспортират и смесват. Познаването на законите на движението на флуидите е необходимо за рационалното проектиране на технологичните процеси.
При решаване на задачи, свързани с определяне на хидродинамични загуби и условия на топло- и масообмен, трябва да се прилагат знания за начина на движение на веществата. Например, за малки цилиндрични тръби често се използва ламинарен режим, но за по-големи обеми се използва турбулентен режим.
Доказано е, че при ламинарен режим загубата на вътрешна енергия е правопропорционална на средната скорост на течността, а при турбулентен режим е много по-голяма. Най-общо загубата на енергиен потенциал се обяснява с уравнението на Бернули, което характеризира интензитета на движещ се поток.
В хидродинамиката експериментално е установено, че големината на възможните загуби ще бъде подобна на скоростното налягане и зависи от вида на загубите, които могат да бъдат линейни и локални. Характерът на потока в тях е в пряка зависимост от промяната на вектора на скоростта, както по величина, така и във времето.
Определение 3
В някои химически апарати е инсталирана тънка хидродинамична бариера, наречена преграда.
Един от най-важните характеристикихидродинамични процеси в тази среда е плътността на повърхностното напояване или скоростта на потока, което ни позволява да определим общата дебелина. Устройствата със стъпаловидна нагревателна повърхност решават важни проблеми при производството на нестабилни органични продукти.
Използване на принципите на динамиката на флуидите в други научни области
Бележка 2
В епохата технически прогресПостоянно се появяват нови машини, механизми, машини и съоръжения, които улесняват работата на хората и механизират технологични процеси от различен характер.
Предимствата на хидродинамичните апарати и инструменти са потвърдени в практиката. Те са намерили широко приложение в националната икономика.
Машините и машините, оборудвани с хидродинамични задвижвания, стават все по-търсени в съвременното машиностроене, автоматичните линии и транспортните конструкции. Използването на хидравлично задвижване значително увеличава мощността и потенциала на машините. Машините и механизмите в хидродинамиката могат да бъдат адаптирани за работа в автоматичен режим по предварително зададена програма.
Хидравличното задвижване е лесно за работа и представлява система от устройства за предаване на механична енергия с помощта на течност. Това устройство включва помпи, хидравлични помпи, цилиндри и контролни елементи. Предимствата на подобно управление са широк обхватпромени в скоростта, простота и скорост.
За предотвратяване на възможни загуби на енергия и спонтанно спиране се използват специални хидравлични устройства:
- хидравлични амортисьори;
- хидравлични ретардери;
- хидравлични ускорители.
Подвижните елементи на тези устройства имат специално проектирани профилни секции. В хидродинамичните устройства е възможно да се увеличи обратното време, което позволява процесът да се извършва с по-голяма гладкост. Това подобрява издръжливостта, производителността и надеждността на техническото оборудване.
Съвременните хидравлични задвижвания, които имат доста гъвкав и сложен дизайн, при внимателно спазване на правилата за изчисление, са в състояние да осигурят дългосрочна и безпроблемна работа на най-модерните машини.
Хидродинамика. Основни определения
Хидродинамиката се занимава главно с изследване на потока на течности, ᴛ.ᴇ. изследване на движението на маса течност между свързващи повърхности. Движеща сила на потокае разликата в налягането.
Има два вида движение на течности: стабиленИ нестабилен. По време на стабилно движение скоростта на флуида във всяка точка на потока не се променя с времето. По време на нестабилно движение скоростта на течността се променя по големина или посока с течение на времето.
Равномерният поток трябва да бъде униформаили неравен. При равномерно движение скоростите на потока са постоянни във всички точки на флуидния поток. Пример за такова движение е потокът на несвиваем флуид с постоянен дебит в тръба с постоянно напречно сечение.
Когато течността тече неравномерно, скоростта на нейното движение остава независима от времето, а е функция на координатите. Пример за това е движението на течност в тръба с променливо напречно сечение. Като се вземе предвид зависимостта от площта на напречното сечение, скоростта на потока на течността по тръбата ще се промени, но ще запази стойността си независимо от времето.
Нека разгледаме потока на течност в тръба с постоянно напречно сечение. Напречно сечение на жив потокобичайно е участъкът в потока да се нарича нормален към посоката на движение на течността. Ако потокът заема цялото напречно сечение на тръбата, живото напречно сечение на потока съвпада с площта на напречното сечение на тръбата. В различни точки на напречното сечение на тръбата скоростта на течните частици не е еднаква. Тя е по-голяма близо до оста на тръбата и намалява при приближаване към стените поради триене.
Поради трудността при определяне на скоростите на потока в различни точки на напречното сечение, в инженерните изчисления те използват не истински скорости, а някои фиктивни Средната скорост υ поток на течност, което е съотношението на обемния дебит на течността към отворената площ на напречното сечение на потока
Оттук и обемният дебит на течността
Масов дебит
Където ρ – плътност на течността.
Масова скорост на флуида
Разграничете свободно течение (Безплатно) И тече налягане. Гравитационният поток е поток, който има свободна повърхност. Например потокът на водата в река или канал. Потокът под налягане, например потокът вода във водопровод, няма свободна повърхност и заема цялата жизнена част на канала.
Каналите, през които се движи течността в промишлени условия, не винаги имат кръгло напречно сечение. Когато течност се движи през канал с различна форма, това се приема за линейно измерение хидравличен радиусили еквивалентен(хидравлични) диаметър.
Хидравличен радиус ( R g) се нарича съотношението на живата площ на напречното сечение към мокрия периметър. Намокреният периметър е тази част от периметъра, по която течността влиза в контакт със стените на теления канал (тръбата).
Където С– площ на напречното сечение на потока, m2; П– намокрен периметър на канала, m.
Ако потокът е налягане и тръбата е кръгла, тогава S = πd 2/4И P = πd. следователно
Където .
Еквивалентният диаметър е равен на диаметъра на хипотетичния (предполагаем) тръбопровод кръгълучастък, за който съотношението на площта към мокрия периметър е същото като за даден тръбопровод некръгълраздели, ᴛ.ᴇ.
За кръгли тръби еквивалентният диаметър е равен на техния геометричен диаметър: d e = d, за правоъгълен канал със страни a и b
За канал с пръстеновидно напречно сечение с външен диаметър d n и вътрешен диаметър d in
Теоретичната хидродинамика разглежда три групи хидромеханични процеси: процеси, съставляващи така наречената вътрешна задача - движението на течността в тръби, канали и др.; процеси, които съставляват външен проблем, например движението на частица, утаяваща се под въздействието на гравитацията; процеси, които съставляват смесен проблем, например движението на течност или газов поток през канали, образувани от твърдата фаза, ᴛ.ᴇ. през слой от зърнести или бучки материали.
Вътрешният проблем се изучава достатъчно подробно в курса по приложна механика на течности и газове. Поради тази причина ще разгледаме процесите, които съставляват външните и смесените задачи.
4.2.1. Външен проблем на хидродинамиката
Законите за движение на твърди тела в течност (или поток на течност около твърди тела) са важни за изчисляването на много устройства, използвани в производството на строителни материали. Познаването на тези закони ни позволява не само да си представим по-пълно физическата същност на явленията, които се случват, например, при транспортиране на бетонова смес през тръбопроводи, смесване на различни видове маси и движение на частици по време на сушене и изпичане в суспензия, но но и за по-правилно и икономично проектиране на технологични възли и инсталации, използвани за тези цели.
Когато течност тече около твърдо тяло или когато твърдо тяло се движи в течност в покой, възниква хидродинамично съпротивление. Тези съпротивления се появяват в непосредствена близост до самото тяло и се определят от действието на вискозни сили и сили, определени от разликата в налягането пред обтекаемото тяло и зад него. Връзката между силите на триене и натиск трябва да бъде различна в зависимост от формата на твърдото тяло, начина на движение на потока, протичащ около тялото, и редица други фактори.
Така например, когато течност тече около плоска тънка плоча, монтирана по посока на векторите на скоростта на насрещния поток, съпротивлението се определя главно от силите на триене, възникващи върху страничните повърхности на плочата. Ако потокът се приближи до плочата нормално спрямо нейната повърхност, тогава ефектът от силите на триене (силите на вискозитет) става незначителен и съпротивлението зависи главно от разликата в налягането пред и зад обтекаемото тяло. Когато поток тече около тяло с произволна форма, вискозните сили и силите на натиск могат да се окажат сравними по големина.
При ниски скорости и малки размери на телата или при висок вискозитет на средата, режимът на движение е ламинарен, тялото е заобиколено от граничен слой течност и плавно обтича около него (фиг. 4.2).
а) – ламинарен режим; б) – турбулентен режим
Фигура 4.2– Обтичане на течност около твърдо тяло
Загуба на налягане в в такъв случайсвързани главно с преодоляване на съпротивлението на триене. Когато вискозна течност тече около сферично тяло, когато основният фактор, определящ съпротивлението, са силите на триене, съпротивителната сила се определя с помощта на формулата на Стокс
Където д– диаметър на топката; μ – динамичен вискозитет на течността; – скорост на потока на течността.
С развитието на турбулентността инерционните сили започват да играят все по-важна роля. Под тяхно въздействие граничният слой се отделя от повърхността, което води до образуването на отделен (вихров) поток зад тялото, насочен срещу потока (виж фигурата). В резултат на това се появява допълнителна съпротивителна сила, насочена към потока. В резултат на това налягането в предната част на тялото винаги е по-голямо от налягането в задната му част. Резултантната на тези сили на натиск, различна от нула, определя устойчивост на натиск. Тъй като зависи от формата на тялото, се нарича устойчивост на формата.
Като цяло, съпротивлението, когато течност тече около твърдо тяло или когато твърдо тяло се движи в течност в покой, е сумата от съпротивлението на триене и съпротивлението на натиск (съпротивление на формата). Пълна или пълна съпротива (често наричана плъзнете) обикновено се определя по формулата на Нютон:
Където ° С– коефициент на съпротивление; Се площта на напречното сечение на обтекаемото тяло по средната част (площта на проекцията на тялото върху равнина, перпендикулярна на векторите на скоростта на настъпващия поток); ρ – плътност на течността; – скорост на потока на течността.
Коефициент на съпротивление сзависи от формата на обтекаемото тяло и числото на Рейнолдс ( Re). При изследване на движението на сферични частици с диаметър d бяха установени три области, всяка от които съответства на определен характер на зависимостта на c от Re ψ = A w / A, Където A sh- повърхността на топка със същия обем като тялото, което се разглежда от повърхността А.
Хидродинамика. Основни определения – понятие и видове. Класификация и особености на категория "Хидродинамика. Основни определения" 2017, 2018.
