Узнать цену работы
Статьи по теме

Движение жидкости

Давление в движущейся жидкости

Виды движения жидкостей

Методы описания движения жидкости

Тысячи лет назад человечество научилось использовать энергию движущейся жидкости для своих целей. Благодаря Солнцу происходит природный круговорот воды, приводящий в движение стекающие с гор потоки, протекающие реки или ручьи, обладающие энергией, которую человек может практически использовать для тех или иных целей.

Давление в движущейся жидкости

Существует два типа давления в движущейся жидкости:

  • Статическое давление;
  • Динамическое давление.

Возникновение статического давления связано со сжатием, которому подвергается жидкость. Такое давление оказывается на стенки трубы, по которой осуществляется протекание жидкости. Скорость протекания жидкости порождает динамическое давление, которое можно обнаружить в виде напора, приостановив движение жидкости.

Сумма динамического и статического давлений рассматривается как полное давление. В случае жидкости в спокойном состоянии динамическое давление отсутствует, таким образом, полное давление равно статическому, и его можно измерить при помощи обыкновенного манометра.

Измерение давления в жидкости во время движения является более сложным процессом. Дело в том, что при погружении в движущуюся жидкость манометр оказывает влияние, на среду изменяя её скорость в месте его нахождения, непосредственно отражаясь на величине давления и его изменения. Для нивелирования этого фактора необходимо обеспечить совместного движения манометра и жидкости, но осуществление подобного измерения чрезмерно трудоёмко. Для подобных целей используются манометрические трубки узкого сечения.

Жидкость в трубке, установленной в определённом месте трубы, будет находиться на уровне соответствующему статическому давлению жидкости в этом месте. Значение полного давления определяется при помощи трубки с расположенным перпендикулярно потоку отверстием называемой трубкой Пито. Попадая в её отверстие, жидкость прекращает движение. Высота столба жидкой среды в манометрической трубке соответствует полному давлению жидкости в конкретном месте.

Показатели статического давления, измеренные в жидкости перемещающейся по трубе переменного сечения, показывают, что его значения отличаются на разных участках в зависимости от величины сечения, причём в широком участке давление выше, чем в узком. Скорость течения при этом обратно пропорциональна значению площади сечения трубы, позволяя сделать вывод о том, что скорость перемещения жидкости не влияет на величину давления.

Виды движения жидкостей

При исследовании процесса движения жидкости различают следующие основные его виды:

  • Неустановившееся и установившееся;
  • Неравномерное и равномерное;
  • Безнапорное и напорное;
  • Прерывистое и сплошное.

Движение жидкой среды с неизменными с течением времени показателями скорости и давления в любой конкретной точке пространства, через которую протекает жидкость, называется установившимся. Т.е.

(P=f(x,y,z); V=f(x,y,z)),

где, P – давление в жидкости , V – скорость перемещения, x, y, z – координаты точки пространства.

В том случае, когда давление и скорость перемещающейся жидкой среды не только зависят от координат места в пространстве, а и от времени подобное движение считается нестационарным или неустановившимся. При этом

(P=f(x,y,z,t); V=f(x,y,z,t)),

где, t – время. Примером подобного движения может служить жидкость, вытекающая из отверстия с изменением её уровня в резервуаре – уменьшение с течением времени столба жидкости приводит к снижению скорости и давления.

Установившееся движение, характеризуемое постоянным по всей длине сечением, неизменной средней скоростью по всей длине, не зависящей от места в пространстве, называется равномерным. Т.е.

(V=f(x,y,z,t)=const).

Перемещение жидкости через цилиндрическую трубу является примером такого движения.

Равномерным может быть установившееся движение с разными скоростями при переменном поперечном сечении. С изменением сечения, среднее значение скорости потока может быть постоянным по всей его длине, например, при перемещении жидкой среды по конической трубе.

Движение жидкости, осуществляемое по имеющим твёрдые стенки трубам, исключающим присутствие свободных поверхностей, считают напорным. Его вызывает сила тяжести и разность давлений, к примеру, перемещение жидкости по водопроводным трубам.

Движение жидкостного потока обладающего свободной поверхностью считается безнапорным, например, движение стоков по канализационным трубам. При этом перемещение происходит из-за силы тяжести и вследствие сообщённой первоначальной скорости.

Кроме этого физика рассматривает ещё один тип жидкостного движения называемый свободной струёй. Поток в этом случае не ограничен твёрдыми стенками, и происходит по инерции. В виде примера можно рассматривать вытекающую из водопроводного крана воду.

Перемещение жидкости, имеющее незначительную, стремящуюся к нулю, кривизну струек и достаточно малый угол расхождения между ними, называется плавно изменяющимся.

Методы описания движения жидкости

Изучение движения жидкости в физике выполняется двумя способами:

  • Методом Лагранжа;
  • Методом Эйлера.

Метод по Лагранжу сводится к изучению движущейся в неподвижной системе координат жидкой среде, используется для решения задач на практике требующих исследования траекторий движения её отдельных частиц.

Основная суть метода состоит в изначальном задании текущих координат для каждой изучаемой материальной точки, в виде функций зависящих от времени. Метод Лагранжа применим для теоретического описания движущейся жидкости при её рассмотрении как непрерывного потока частиц составляющих сплошную жидкую среду.

Невзирая на полноту информации касающуюся движущейся массы жидкости обеспечиваемых способом Лагранжа, он не получил распространения в исследовании механических процессов протекающих в жидкости. Причиной этого стали сравнительно сложные и плохо разрешимые уравнения, составляемые на основании данного метода. Поэтому предпочтение в исследованиях механики жидкостей отдаётся методу Эйлера.

Он изучает неподвижное относительно системы координат заполненное перемещающейся жидкостью пространство. Его задачей является анализ поля скоростей полученных в результате исследования распределения скорости в пространстве и её изменение с течением времени.

Способ основывается на утверждении, что совокупность скоростей в определённый момент времени во всём пространстве перемещающейся жидкости имеет вид векторного поля именуемого полем скоростей. С его помощью можно отследить изменение скоростей в определённой точке с течением времени.

Узнать цену работы
Узнай цену
своей работы
Нужны оригинальность, уникальность и персональный подход?
Закажи свою оригинальную работу
УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ