Элементы потока жидкости и газа

Область жидкости, находящаяся в движении и имеющая конечные размеры, называется потоком. Поток является непрерывной совокупностью элементарных струек.

Поперечные сечения элементарных струек образуют живые сечения потока (рис. 3.5)

Живое сечение – это поверхность, в каждой точке которого вектор местной скорости направлен по нормали к ней. Площадь такой поверхности – площадь живого сечения потока. Живое сечение не обязательно должно быть плоским.

Боковая поверхность струйчатого потока образует смоченную поверхность, если она соприкасается со стенками русла. Часть потока, соприкасающаяся с воздухом, образует свободную поверхность. Часть контура, живого сечения, соприкасающаяся с твердой поверхностью, называется смоченным периметром . Смоченная поверхность в установившемся движении , где – длина потока.

Рис. 3.5. Живые сечения потока

Потоки, верхняя часть которых является свободной, а остальная – смоченной, называются безнапорными. Поток, полностью окруженный твердыми стенками, называется напорным. Потоки, со всех сторон соприкасающиеся с жидкой средой, называются струями. Сила трения жидкости о смоченную поверхность зависит от ее площади .

Для оценки влияния смоченной поверхности на силу трения вводится гидравлический радиус в виде

. (3.14)

Эта величина характеризует удельную, приходящуюся на единицу длины смоченного периметра площадь живого сечения. Напорные потоки кругового сечения имеют наибольший гидравлический радиус и минимальную силу сопротивления.

Если каждая частица потока движется равномерно и прямолинейно, а траектории всех его частиц параллельны, то движение будет равномерным.

При неравномерном движении может соблюдаться условие установившегося движения, но при этом происходит пространственное изменение скоростей.

Потоки при установившемся движении, определяемые компонентами скорости, могут быть пространственными (трехмерными)

(3.15 а)

плоскими (двухмерными)

(3.15 б)

или линейными (одномерными)

. (3.15 в)