Базовые понятия и определения

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н.Прянишникова»

Кафедры: «Технологического и энергетического оборудования» и

«Технического сервиса автомобилей и тракторов»

В.С. Кошман, А.Т. Манташов

Словарь терминов и определений

По гидравлике, теплотехнике

И газовой динамике

Пермь

ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА

УДК 621.65./69; 631.371.(075.8)

ББК 31.56; 40.7

К -763, М – 23

Р е ц е н з е н т ы: к.т.н., доцент В.А. Волков, к.б.н., доцент В.М. Корнев, к.ф-м.н., доцент Н.К. Шестакова (кафедра физики Пермской ГСХА); к.т.н., доцент Л.В. Крашевский (кафедра «Безопасности жизнедеятельности» Пермской ГСХА).

Кошман В.С.

К-763 Гидравлика, теплотехника и газовая динамика. Термины и определения: учебное пособие / В.С. Кошман, А.Т. Манташов; М-во с.-х. РФ, ФГБУ ВПО Пермская ГСХА – Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013. – 55 с.

В учебном пособии приведены определения основных терминов теплотехники, гидравлики и газовой динамики, используемые буквенные обозначения физических величин, а также единицы их измерения в СИ.

Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения всех специальностей инженерного факультета.

Учебное пособие рекомендовано к использованию при курсовом и дипломном проектировании.

УДК 621.65./69; 631.371.(075.8)

ББК 31.56; 40.7

К -763, М – 23

Рассмотрено на заседаниях кафедры технологического и энергетического оборудования (протокол № 3 от 27 ноября 2012 г.) и кафедры технического сервиса автомобилей и тракторов (протокол № 3 от 11 ноября 2012 г.).

Рекомендовано к изданию методической комиссией инженерного факультета (протокол № 5 от 15 января 2013 г.).

@ ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013

О г л а в л е н и е

Предисловие …………………………………………………………. 4

Греческий и латинский алфавиты …………………………………… 5

Единицы физических величин.…………………………………….... 6

Базовые понятия и определения …………………………………... 9

Часть I. Гидравлика …………………………………………………. 13

1. Гидростатика ………………………………………………….. 15

2. Гидродинамика ……………………………………………….. 18

3. Гидравлические машины …………………………………….. 26

4. Гидротехническое обеспечение обитаемости объектов ……... 29

Часть II. Теплотехника ………………………………………………. 34

1. Термодинамика ……………………………………………….. 34

2. Теория теплообмена ………………………………………….. 43

3. Теплотехническое обеспечение обитаемости объектов.…… 49

Часть III. Газовая динамика ………………………………………… 52

Библиографический список ………………………………………… 55

Предисловие

В настоящем учебном пособии приводятся и разъясняются основные термины теплотехники, гидравлики и газовой динамики, даны обозначения физических величин и принятые единицы их измерения.

Термин (от лат. terminus – предел, пограничный знак) – однозначное слово или сочетание слов, являющееся названием какого – либо понятия в той или иной области знания, мышления, практической деятельности.

Определение термина – это объяснение, раскрывающее и разъясняющее содержание и смысл термина.

Термины, как слова, которым соответствуют определенные понятия, изолированные или входящие в состав суждений или умозаключений, являются элементами языка науки.

Доведение нового учебного материала до студентов без использования новых для них терминов, требующих особого объяснения, как правило, вызывает затруднения. Разъяснение используемых терминов способствует осознанному восприятию учебных дисциплин, присущих им физических объектов и физических явлений, процессов, состояний, свойств, научных фактов, законов, теорий.

Под физической величиной понимают характеристику физических объектов, общую множеству объектов в качественном отношении (например, длина, масса), но индивидуальную для каждого из них (например, длина трубопровода, масса сжатого газа в баллоне). Каждая физическая величина имеет обозначение (обозначения) и единицы их измерения, а в конкретных случаях – численное значение.

Обозначения физических величин используются для их представления в текстах, таблицах, на графиках. Обозначениями (символами) физических величин, как правило, являются отдельные буквы русского, латинского и греческого алфавитов, иногда снабженные дополнительными метками: нижними или верхними индексами, штрихами и т.д. Поскольку число букв в алфавитах ограничено, то в учебной литературе можно встретить использование одних и тех же букв для обозначения разных физических величин. Кроме того, некоторые физические величины в отдельных областях науки обозначаются разными символами.

Данное учебное пособие, по существу, представляет собой толковый словарь, предназначенный для оказания помощи студентам инженерного факультета в усвоении теплотехники, гидравлики, газовой динамики.

Приведенные в пособии обозначения могут носить рекомендательный характер при преподавании других дисциплин на факультете.

Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность профессорско-преподавательскому составу кафедр физики и безопасности жизнедеятельности за ценные пожелания, высказанные при рецензировании пособия.

Обозначения и единицы измерения физических величин

Наименование	Обозначение	Наименование единицы измерения	Обозначение единицы измерения
Основные единицы
Длина	l	метр	м
Масса	m	килограмм	кг
Время	t; t	секунда	с
Термодинамическая температура	T	кельвин	К
Температура Цельсия	t	градус Цельсия	0С
Количество вещества	М	моль	моль
Производные единицы
Площадь	F; S	квадратный метр	м2
Объем	V	кубический метр	м3
Плотность	r	килограмм на кубический метр	кг/м3
Удельный объем	u	кубический метр на килограмм	м3/кг
Удельный вес	γ	ньютон на кубический метр	Н/м3
Молярная масса		килограмм на моль	кг/моль
Давление	р	паскаль	Па
Скорость	c	метр в секунду	м/с
Средняя скорость		метр в секунду	м/с
Скорость звука	a	метр в секунду	м/с
Пьезометрическая высота	h	метр	м
Полный напор	H	метр	м
Геометрический напор	z	метр	м
Массовый расход, массовая подача		килограмм в секунду	кг/с
Объемная подача. Объемный расход		кубический метр в секунду	м3/с
Вес	G	ньютон	Н
Сила	P	ньютон	Н
Сила трения	Т	ньютон	Н
Энергия	E	джоуль	Дж
Мощность	N	ватт	Вт
Количество теплоты	Q	джоуль	Дж
Приведенная теплота	q	джоуль на килограмм	Дж/кг
Работа	L	джоуль	Дж
Приведенная работа	l	джоуль на килограмм	Дж/кг
Внутренняя энергия	U	джоуль	Дж
Приведенная внутренняя энергия	u	джоуль на килограмм	Дж/кг
Энтальпия	I; H	джоуль	Дж
Удельная энтальпия	i; h	джоуль на килограмм	Дж/кг
Энтропия	S	джоуль на кельвин	Дж/К
Удельная энтропия	s	джоуль на килограмм -кельвин	Дж/(кг·К)
Теплота фазового перехода	r	джоуль на килограмм	Дж/кг
Газовая постоянная	R	джоуль на килограмм- кельвин	Дж/(кг·К)
Универсальная газовая постоянная		джоуль на моль- кельвин	Дж/(моль К)
Ускорение свободного падения	g	метр на секунду в квадрате	м/с2
Модуль упругости	E	паскаль	Па
Коэффициент температурного расширения		паскаль в минус первой степени	Па -1
Коэффициент объемного сжатия		кельвин в минус первой степени	К -1
Динамический коэффициент вязкости		паскаль - секунда	Па
Кинематический коэффициент вязкости		квадратный метр в секунду	м2/с
Теплоемкость удельная массовая	c	джоуль на килограмм- кельвин	Дж/(кг·К)
Теплоемкость удельная молярная		джоуль на моль- кельвин	Дж/(моль К)
Теплоемкость удельная объемная		джоуль на кубический метр - кельвин	Дж/(м3 К)
Теплоемкость удельная при постоянном давлении		джоуль на килограмм- кельвин	Дж/(кг·К)
Теплоемкость удельная при постоянном объеме		джоуль на килограмм - кельвин	Дж/(кг·К)
Тепловой поток		ватт	Вт
Плотность теплового потока		ватт на квадратный метр	Вт/м2
Температурный градиент	grad T	кельвин на метр	К/м
Коэффициент теплопроводности	l	ватт на метр - кельвин	Вт/(м·К)
Коэффициент теплоотдачи	a	ватт на квадратный метр - кельвин	Вт/(м2·К)
Коэффициент теплопередачи	k	ватт на квадратный метр - кельвин	Вт/(м2·К)
Коэффициент температуропроводности	а	квадратный метр в секунду	м2/с
Лучистый тепловой поток	Ф	ватт	Вт
Излучательная способность	Е	ватт на квадратный метр	Вт/м2
Интенсивность излучения	I	ватт на кубический метр	Вт/м3
Часовая тепловая нагрузка		килоджоуль в час	кДж/ч
Удельная отопительная характеристика объекта	от.х.	килоджоуль на метр кубический-час -кельвин	кДж/(м3
Тепловая мощность	N	киловатт	кВт
Площадь сечения потока		квадратный метр	м 2
Сила давления	Р	ньютон	Н
Сила внутреннего трения	Т	ньютон	Н
Напряжение внутреннего трения		паскаль	Па
Шероховатость		метр	м
Норма потребления воды	q	литр в сутки на человека	л/(сут чел)
Частота вращения	n	секунда в минус первой степени	с -1

Базовые понятия и определения

Материя

Материя – объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им.

Все в мире материально. Атомы и их составные части, химические элементы, клетки живого организма, люди, планеты – различные формы существования материи. Неотъемлемым свойством материи, всеобщей формой ее существования, является движение в пространстве и во времени.

Движение

Движение – в философии: форма существования материи; в физи- ке: изменение положения тела или его частей относительно других тел.

Движение в пространстве связано с длиной пройденного пути и временем, затраченным на этот путь.

Расстояние

Расстояние – геометрическое понятие, содержание которого зависит от того, для каких объектов оно определяется.

Например, расстояние между двумя точками – длина соединяющего их отрезка прямой; расстояние от точки до прямой (или плоскости) – длина отрезка перпендикуляра, опущенного из этой точки на данную прямую (или плоскость).

Длина

Длина – протяжение в том направлении, в котором две крайние точки линии лежат на наименьшем расстоянии друг от друга.*

Длина обозначается ℓ (L). В СИ в качестве основной единицы длины принят м е т р. Долгое время эталоном м е т р а служила одна десятимиллионная часть четверти Парижского меридиана. С 1983 года принято новое определение метра: метр равен расстоянию, проходимому в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/ 299 792 458 долей секунды.

______

* Длина отрезка прямой – расстояние между его концами, длина ломанной – сумма длин ее звеньев; длина кривой – предел длины вписанной в нее ломаной, когда число ее звеньев, неограниченно возрастает, причем длина каждого звена стремится к нулю. Измерение длины отрезка основано на сравнении его с отрезком, длина которого принимается за единицу.

Масса

Масса – в философии: количественная мера материи тела; в физике: мера инертности тела по отношению к действующей на него силе.

В качестве единицы массы в СИ принят к и л о г р а м м. Килограмм равен массе эталона, хранящегося в Международном бюро мер и весов во Франции. Прототипом эталона определили массу 1дм³ чистой воды при ее наибольшей плотности (t = 4 ⁰С). Обозначают массу m.

Моль

В СИ за единицу количества вещества принят м о л ь (М). Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12, массой 0,012 кг. Установлено, что в 12 г углерода имеется 6 ·10²³ атомов. Такое количество структурных элементов в любом другом веществе имеет другую массу. Отсюда, один килограмм какого – либо химического элемента имеет строго определенное число молей.

Моль – расчетная единица, эталона для его воспроизведения не существует. Массу одного моля вещества называют м о л я р н о й массой.

Молярную массу обозначают μ. Единица молярной массы СИ – килограмм на моль (кг/моль).

Время

Время – в философии: объективная форма существования материи;

в физике – продолжительность протекания какого-либо процесса.

Единица времени СИ – с е к у н д а (с), обозначение: τ (либо t). Секунду до относительно недавнего времени (до1960 г.) определяли как 1/86 400 часть средних солнечных суток. Успехи в атомной физике позволили создать более точные эталоны времени.

Физический закон

Физический закон – это найденная на опыте и установленная путем обобщения опытных данных количественная или качественная объективная зависимость одних физических величин от других.

Модель сплошной среды

Модель, согласно которой в физике рассматривается вещество как непрерывно распределенная по пространству среда, не имеющая ни пустот, ни разрывов и обладающая физическими свойствами реального вещества (твердого тела, капельной жидкости, газа, плазмы).

Применение модели сплошной среды позволяет использовать математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления.

Температура

Температура – скалярная физическая величина, характеризующая тепловое состояние системы. Согласно молекулярно – кинетической теории температура связана с интенсивностью движения микроструктурных частиц материи. Численное значение температуры представляет собой величину отклонения теплового состояния тела от теплового равновесия с другим телом, состояние которого принято за начало отсчета.

Шкала для измерения температуры определяется выбранным началом ее отсчета. В настоящее время система единиц СИ предусматривает применение двух температурных шкал: т е р м о д и н а м и ч е с к у ю (абсолютную шкалу) и м е ж д у н а р о д н у ю п р а к т и ч е с к у ю (МПШТ). По первой шкале за начало отсчета условно принимается абсолютный ноль температуры. Единица измерения термодинамической температуры – кельвин, обозначение: Т.

По второй шкале за начало отсчета выбрано состояние, соответствующее таянию льда в воде, это 273,15 К. Температуру по этой шкале выражают в градусах Цельсия (⁰ С) и обозначают t. Градус (температурный) – общее название различных единиц температуры, соответствующих различным температурным шкалам, 1К = 1 ⁰С.

Связь между температурами по установленным шкалам имеет вид:

Т = t + 273,15.

В ряде стран еще используется внесистемная шкала, выраженная в градусах Фаренгейта (⁰ F). Пересчет температуры со шкалы Фаренгейта на шкалу Цельсия проводится по выражению

t = (t_F – 32) .

Давление

Давление – физическая величина, характеризующая напряженное состояние сплошных сред, численно – это интенсивность нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.

Давление обозначается p, за его единицу в СИ принят паскаль (Па).

Один паскаль в неподвижной среде равен давлению, вызываемому нормальной силой 1Н, действующей на поверхность, равную 1 м² (1Па=1Н/м²). Допускается применение следующих единиц: бар (1бар = 1 ⁵ Па), техническая атмосфера (1ат = 1 кгс/см² = 0,981 10⁵ Па), физическая атмосфера (1атм = 1,01 10⁵ Па), миллиметр ртутного столба (1 мм рт.ст. = 133,3 Па), миллиметр водяного столба (1 мм вод. ст. = 9,81 Па).

Давление в системе, отсчитываемое от нулевого значения, называется а б с о л ю т н ы м и обозначается p_абс. Абсолютное атмосферное давление, именуют б а р о м е т р и ч е с к и м (p_бар.). Давление в системе, превышающее атмосферное (барометрическое), называют и з б ы т о ч н ы м (р _изб), а недостающее до атмосферного – р а з р я ж е н и е м (р_раз), или вакуумметрическим давлением (р_вак).

Удельный объем

Удельный объем – физическая величина, равная отношению объема тела к его массе:

=V/ m,

где – удельный объем, м³/кг;

V – объем,м³;

m – масса, кг.

Плотность

Плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к его объему:

ρ = m/V,

где ρ – плотность, кг/м³.

m – масса, кг;

V – объем,м³.

Удельный вес

Удельный вес – вес единицы объема тела:

= G/V = ρ g,

где γ – удельный вес, Н/м³;

G – вес тела в объеме V, Н;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

В отличие от плотности ρ удельный вес не является физической характеристикой тела, так как зависит от места измерения.

Энергия

Энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи.

Энергия независимо от конкретных форм проявления обозначается Е. За единицу энергии в СИ принят д ж о у л ь (Дж). Джоуль – это энергия, затраченная системой при перемещении точки вследствие приложения силы 1 Н на расстояние 1 м в направлении действия силы, то есть 1 Дж = 1 Н ٠ 1 м. Вычислить абсолютное значение энергии невозможно, так как нет ноля отсчета энергии. Такое положение не играет существенной роли для практики, потому что при исследовании энергообмена важна не абсолютная величина энергии, а ее изменение.

Часть I. Гидравлика

Г и д р а в л и к о й называют прикладную науку о законах равновесия и движения жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики.

Жидкость

Жидкостью называется физическое тело, обладающее свойством текучести, то есть способностью изменять форму под действием сколь угодно малых сил.

Понятие «жидкость» включает в себя как капельные жидкости, так и газы. В небольших количествах вне сосуда жидкость (в обычном понимании) принимает форму капли, что и определило ее название. При силовом взаимодействии капельные жидкости почти не изменяют свой объем (то есть почти не сжимаются), но легко изменяют свою форму. Газы могут менять свой объем и форму под действием внешних и внутренних сил.

Жидкая частица

Жидкая частица – это физически бесконечно малый объем, в котором параметры сплошной среды сохраняют постоянные значения и не зависят от изменения объема.

Масса жидкой частицы неизменна, а объем и форма могут меняться.

Внешние и внутренние силы

Внешние силы – это силы, приложенные к частицам рассматриваемого объема жидкости со стороны жидкости, окружающей этот объем.

Внутренние силы – это силы, возникающие внутри жидкости в результате воздействия на нее внешних сил.

Массовые силы

Под массовыми понимают силы, непрерывно распределенные по массе (объему) жидкости и пропорциональные массе жидкости.

Примерами массовых сил являются сила тяжести и сила инерции.

Поверхностные силы

Под поверхностными понимают силы, которые непрерывно распределены по поверхностям и пропорциональны величинам площадей поверхностей, которые ограничивают объемы жидкости, а также мысленно выделены внутри объемов.

В общем случае поверхностная сила имеет две составляющие: нормальную силу давления и касательную силу внутреннего трения Т.

Свободная поверхность

Свободная поверхность – это поверхность раздела между капельной жидкостью и внешней газообразной средой.

Сжимаемость жидкостей

Под сжимаемостью понимают свойство жидкости изменять свой объем (и плотность) при изменении давления.

Вязкость

Вязкость (или внутреннее трение) – свойство капельных жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.

Закон внутреннего трения Ньютона

Законом внутреннего трения Ньютона называют выражение вида:
T =

где T – cила внутреннего трения, возникающая между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями;

dY_x – изменение скорости течения при удалении на расстояние dn от поверхности слоя в перпендикулярном к нему направлении;

– модуль градиента скорости;

S – площадь поверхности слоя жидкости.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости

Ньютоновскими принято называть жидкости, которые при своем течении строго подчиняются закону внутреннего трения Ньютона. Все иные жидкости относят к неньютоновским.

Именно ньютоновские жидкости являются объектом исследования в гидравлике. Поведение неньютоновских жидкостей рассматриваются в науке, которая называется р е о л о г и е й.

Гидростатика

Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются условия и

закономерности равновесия жидкостей под действием приложенных к ним сил, а так же воздействие покоящихся жидкостей на погруженные в них твердые тела и стенки сосудов.

Абсолютный покой жидкости

Под абсолютным покоем понимают неподвижность жидкости относительно содержащего ее сосуда, когда сам сосуд не движется относительно земли.

Относительный покой жидкости

Под относительным покоем понимают неподвижность жидкости относительно содержащего ее сосуд, в то время, когда сам сосуд находиться в движении относительно земли.

Внешнее поверхностное давление

Давление на свободной поверхности жидкости называют внешним поверхностным давлением. Его обозначают р₀.

Сила гидростатического давления

Сила гидростатического давления (абсолютного или избыточного), действующая на плоскую твердую стенку – это равнодействующая элементарных сил соответствующего гидростатического давления, действующих на эту стенку.

Она равна величине гидростатического давления в центре смоченной поверхности стенки, умноженной на площадь этой поверхности. Силу гидростатического давления обозначают Р и выражают в ньютонах (Н).

Центр давления

Центр давления – это точка пересечения линии действия силы абсолютного гидростатического давления с плоскостью, в которой лежит воспринимающая эту силу стенка.

Эпюра гидростатического давления

Эпюра гидростатического давления (абсолютного или избыточного), действующего на смоченную поверхность стенки – это объемная фигура, отражающая характер распределения соответствующего давления на рассматриваемой поверхности.

Объем эпюры гидростатического давления равен силе гидростатического давления.

Открытый пьезометр

Открытый пьезометр – это прозрачная трубка небольшого диаметра, один конец которой открыт и сообщается с атмосферой, а второй конец присоединён к точке сосуда с капельной жидкостью, в которой измеряется избыточное давление.

Пьезометрическая высота

Высота столба жидкости в открытом пьезометре, который своим весом способен создать давление, равное избыточному давлению в рассматриваемой точке.

Обозначают пьезометрическую высоту h, а находят как

где p – абсолютное гидростатическое давление в точке;

p_a – атмосферное давление;

– удельный вес жидкости.

Закрытый пьезометр

Прозрачная трубка с запаянным одним концом, из которой откачали воздух, а другим концом подсоединили к точке сосуда с капельной жидкостью, в которой измеряют абсолютное гидростатическое давление.

Абсолютная пьезометрическая высота

Высота такого столба жидкости в закрытом пьезометре, который своим весом способен создать давление, равное абсолютному гидростатическому давлению в рассматриваемой точке.

Абсолютная пьезометрическая высота h_а = .

Геометрически напор

Геометрический напор (геометрическая высота или удельная потенциальная энергия положения) – это потенциальная энергия положения жидкой частицы, отнесенная к единице ее веса.

Обозначают геометрический напор , выражают в метрах (м). Из определения следует:

где Е_п.пол – п отенциальная энергия положения жидкой частицы;

G – вес жидкой частицы.

Абсолютный пьезометрический напор

Абсолютный пьезометрический напор – это потенциальная энергия давления жидкой частицы, приходящаяся на единицу ее веса.

Обозначают абсолютный пьезометрический напор , выражают в

метрах (м). Из определения следует:

= ,

где p – абсолютно давление;

= – удельный вес жидкости;

– потенциальная энергия давления жидкой частицы;

G – вес жидкой частицы.

Полный гидростатический напор

Полный гидростатический напор – это полная потенциальная энергия, отнесенная к единице веса жидкости.

Обозначают полный гидростатический напор через Н_ст и вычисляют как Н_ст = z+ .

Основные уравнения гидростатики

Основное уравнение гидростатики выражает закон сохранения и превращения энергии для случая абсолютного покоя несжимаемой жидкости в гравитационном поле при неизменной величине ускорения свободного падении.

Форма записи: z + = const и p = p₀ + ,

где p₀ – внешнее поверхностное давление

весовое давление;

h – глубина погружения рассматриваемой точки под свободную по- верхность жидкости.

Основное уравнение гидростатики выражает зависимость гидростатического давления p в любой точке неподвижной несжимаемой капельной жидкости от внешнего поверхностного давления р₀ и глубины погружения в том случае, когда из массовых сил на нее действует одна сила тяжести.

Поверхность равного давления

Поверхностью равного давления называют такую выделенную в жидкости поверхность, гидростатическое давление во всех точках которой одно и то же.

Закон Архимеда

На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, численно равная весу жидкости, вытесненной телом.

Выталкивающая сила приложена к центру тяжести объема погруженной части тела.

Закон Паскаля

Давление, производимое на капельную жидкость внешними силами, передается ею одинаково по всем направлениям.

ГИДРОДИНАМИКА

Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучаются закономерности движения несжимаемых жидкостей и их воздействие на обтекаемые ими твердые тела.

Методами гидродинамики изучается так же и движущийся газ, когда его скорость движения существенно меньше скорости звука в этом газе, то есть сжимаемость газа не играет значительной роли.

Поток жидкости

Непрерывное движение большого количества жидкости, характеризующееся направлениями в каждой своей точки.

Напорное движение жидкости

Движение, при котором поток жидкости по всей длине окружен твердыми поверхностями (не имеет свободной поверхности).

Безнапорное движение жидкости

Движение жидкости со свободной поверхностью по всей длине потока.

Местная скорость и её составляющие

Местная скорость – скорость движения жидких частиц в данный момент времени в той или другой неподвижной точке пространства, заполненного движущейся жидкостью.

Местная скорость обозначается V и определяется как

V= ,

где V_x – продольная составляющая;

V_y и V_z – поперечные составляющие местной скорости.

Поле скоростей

Широкая совокупность местных скоростей в данный момент времени в пространстве, заполненном движущейся жидкостью.

Поле давлений

Широкая совокупность давлений в данный момент времени в пространстве, заполненном движущейся жидкостью.

Установившееся и неустановившееся движение жидкости

Установившимся называется движение, если взаимосвязанные между собой поле скоростей и поле давлений потока жидкостей остаются неизменными во времени, а неустановившимся, если они непрерывно изменяются.

Линия тока

Линией тока называется кривая, проведенная через точки в движущейся жидкости таким образом, что векторы скоростей жидких частиц, находящихся в данный момент времени в этих точках, являются к ней касательными.

Трубка тока и элементарная трубка тока

Поверхность, образованная линиями тока, проведенными через каждую точку замкнутого контура конечной длины, называются трубкой тока, а через замкнутый контур бесконечно малой длины – элементарной трубкой тока.

Элементарная струйка жидкости

Элементарная струйка представляет собой часть движущейся жидкости, ограниченную элементарной трубкой тока.

Сечение потока

Сечением потока (или живым сечением потока) называется поверхность, лежащая внутри потока и нормальная ко всем линиям тока.

Смоченный периметр

Линия соприкосновения жидкости с твердыми стенками (со стенками русла) в данном живом сечении.

Гидравлический радиус

Параметр живого сечения потока, величина которого равна отношению площади живого сечения к длине смоченного периметра.

Гидравлический радиус обозначается R _г, выражается в метрах (м) и вычисляется по формуле: R_г = .

Гидравлический диаметр

Условная величина, равная учетверенной величине гидравлического радиуса.

Гидравлический диаметр обозначается D_г, выражается в метрах (м) и определяется как D _г =4 R _г.

Расход жидкости

Расходом жидкости называют количество жидкости, проходящее в единицу времени через сечение потока.

Объемный расход жидкости

Объемным расходом называют количество жидкости в единицах объема, проходящей в единицу времени через сечение потока.

Объемный расход жидкости обозначают и выражают в метрах кубических в секунду (м³/с).

Массовый расход жидкости

Массовый расход жидкости это количество жидкости в единицах массы, проходящей в единицу времени через сечение потока.

Массовый расход обозначают , единица его измерения кг/с. Массовый и объемный расходы жидкости взаимосвязаны: .

Уравнение расхода несжимаемой жидкости

Уравнением расхода несжимаемой жидкости (или уравнением неразрывности Леонардо Да Винчи) называют взаимосвязь = const, выражающая закон сохранения массы вещества для установившегося течения несжимаемой жидкости в канале с водонепроницаемыми стенками.

Средняя скорость

Воображаемая скорость движения жидких частиц (для них одна и та же в данном сечении), обеспечивающая тот же объемный расход, что и действительное неравномерное распределение местных скоростей в данном сечении.

Средняя скорость в сечении потока обозначается буквой и определяется по формуле:

,

где – объемный расход;

– площадь сечения потока жидкости.

Число Рейнольдса

Безразмерное выражение, являющееся характеристикой потока жидкости:

где – средняя скорость;

d – внутренний диаметр;

– кинематический коэффициент вязкости.

По физическому смыслу число Рейнольдса есть мера отношения конвективных сил инерции F_кон.ин (направленных поперёк потока) к силам внутреннего трения T (направленным вдоль потока).

Используется как один из критериев динамического подобия потоков жидкости.

Критическое число Рейнольдса

Критическое число Рейнольдса (или расчетное критическое число Рейнольдса) – это то его числовое значение, при котором разрушается ламинарное течение.

Критическое число Рейнольдса обозначается Re _кр, для круглых труб условились считать Re _кр = 2320.

Ламинарный режим движения (ламинарное течение)

Движение (течение) жидкости, при котором жидкие частицы перемещаются по траекториям вдоль общего течения без поперечного перемешивания.

Турбулентный режим движения (турбулентное течение)

Движение (течение) жидкости, при котором жидкие частицы перемещаются по случайным, неопределенно искривленным траекториям, имеет место постоянное перемешивание жидкости, причем это движение характеризуется наличием пульсации, как местных скоростей, так и давления.

Осредненная местная скорость

Воображаемая продольная (по отношению к потоку) местная скорость, величина которой для данной неподвижной точки пространства, занятого турбулентным потоком, устанавливается как среднее во времени значение пульсирующей продольной актуальной скорости в рассматриваемой точке.

Обозначается , выражается в метрах в секунду (м/с).

Вязкий подслой

Вязкий подслой (или ламинарный подслой) – тонкий слой ламинарно движущейся жидкости, возникающий у стенок русла при турбулентном движении.

Шероховатость трубы

Бугорки или выступы на внутренней поверхности трубы, влияющие на величину путевых потерь напора при турбулентном движении.

Гидравлически гладкая труба

Трубопровод с движущейся жидкостью, в котором выступы шероховатости погружены в вязкий подслой и обтекаются без отрывов и вихреобразований.

Гидравлически шероховатая труба

Трубопровод с движущейся жидкостью, в котором выступы шероховатости не покрываются полностью вязким подслоем, а вклиниваются в турбулентную зону.

Коэффициент кинетической энергии

Коэффициент кинетической энергии (или коэффициент Кориолиса) –это коэффициент, учитывающий отличие кинетической энергии в сечении потока, вычисленной по средней скорости, от значения, вычисленного по действительному распределению местных скоростей.

Обозначается , размерности не имеет.

Скоростной напор

Кинетическая энергия жидких частиц, отнесенная к единице их веса.

Для потока идеальной жидкости это / (2g), для несжимаемой вязкой жидкости учитывается коэффициент Кориолиса, то есть / (2g).

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости – это выражение вида

z + = const.

Оно представляет закон сохранения и превращения энергии, как для потока, так и для струйки идеальной жидкости.

Полный гидродинамический напор

Полный гидродинамический напор есть не что иное, как полная механическая энергия жидких частиц, отнесенная к единице их веса.

Полный гидродинамический напор обозначается через Н и определяется в сечении потока идеальной жидкости как

В сечении потока несжимаемой вязкой жидкости:

Уравнение Бернулли для несжимаемой вязкой жидкости

Уравнение вида

выражающее закон сохранения и превращения энергии, называют уравнением Бернулли для несжимаемой вязкой жидкости.

Здесь – полная потеря напора между сечениями потока 1-1 и 2-2.

Эжекция

Под эжекцией понимают подсасывание и увлечение жидкости, которая окружает транзитную струю.

Транзитная струя образована рабочей жидкостью, движущейся с большей скоростью.

Сифон

Самотечная труба, часть которой расположена выше горизонта жидкости в резервуаре (или водоеме), питающем эту трубу.

Потеря напора на трение по длине

Потеря напора на трение по длине (путевая потеря напора) – это снижение полного гидродинамического напора в трубопроводе (русле), равномерно распределенное по длине потока и обусловленное работой сил внутреннего трения (сил вязкости).

Путевую потерю напора обозначают .

Местная потеря напора

Местная потеря напора (или потеря напора на местном сопротивлении) – снижение полного гидродинамического напора, наблюдаемое в отдельных местах потока, где поток претерпевает ту или другую резкую местную деформацию.

Каждую отдельную местную потерю напора обозначают h_M.

Полная потеря напора

Обусловленное вязкостью снижение полного гидродинамического напора на определенном участке гидромагистрали, определяемое как сумма потерь напора на трение по длине и на всех местных сопротивлениях.

Полная потеря напора между сечения потока 1-1 и 2-2 обозначается
.

Эквивалентная шероховатость

Воображаемая равномерная шероховатость, которая обеспечивает те же путевые потери напора в трубопроводах, что и реальная неравномерная (техническая) шероховатость.

Эквивалентная шероховатость обозначается и имеет размерность длины. Она зависит от материала и способа изготовления труб, а также от продолжительности эксплуатации труб, в процессе которой могут возникнуть коррозия стенок или инкрустации (образование нароста на стенках).

Относительная эквивалентная шероховатость

Относительная эквивалентная шероховатость – это безразмерный параметр, определяемый как отношение эквивалентной шероховатости к внутреннему диаметру трубопровода: .

Гидравлический коэффициент трения

Гидравлический коэффициент трения (или коэффициент Дарси) – безразмерный коэффициент пропорциональности в формуле Дарси-Вейсбаха, зависящий в самом общем случае от относительной эквивалентной шероховатости и числа Рейнольдса.

Гидравлический коэффициент трения обозначается .

Область гидравлического сопротивления

Область соответствующего графика, отвечающая сочетанию параметров потока жидкости, при которых имеет место вполне определенная зависимость путевой потери напора от числа Рейнольдса и относительной эквивалентной шероховатости.

Коэффициент местного сопротивления

Коэффициент пропорциональности в формуле Вейсбаха, выражающей взаимосвязь между местной потерей напора и скоростным напором в трубопроводе.

Коэффициент местного сопротивления обозначается В общем случае он зависит от вида местного сопротивления и числа Рейнольдса потока жидкости.

Напорный трубопровод

Трубопровод, работающий полными сечениями при отсутствии свободной поверхности.

Простой трубопровод

Напорный трубопровод постоянного внутреннего диаметра, выполненный по длине из одного и того же материала без ответвлений.

Потребный напор

Разность удельной потенциальной энергии давления в начальном и конечном сечении трубопровода, необходимая для обеспечения заданного объемного расхода жидкости при принятых условиях ее напорного движения

(перепад уровней, длина, внутренний диаметр трубы и т.д.).

Потребный напор обозначается через H _п, тогда H _п = .

Кривая потребного напора

График зависимости потребного напора от объёмного расхода жидкости в трубопроводе.

Характеристика трубопровода

График зависимости полной потери напора от объемного расхода жидкости в трубопроводе.

Струя

Струёй называют поток жидкости, ограниченный со всех сторон газообразной или жидкой средой.

Гидравлический удар в трубах

Гидравлический удар – явление резкого изменения и последующего колебания давления в напорном трубопроводе при внезапном изменении скорости движения капельной жидкости, связанное с быстрым закрытием или открытием задвижки (крана, клапана и т.п.), быстрым остановом или пуском гидродвигателя (или насоса).

В указанных случаях при уменьшении или увеличении скорости движения жидкости давление перед запорным устройством резко увеличивается (положительный гидравлический удар) или уменьшается (отрицательный гидравлический удар).

Прямой и непрямой гидравлический удар

Гидравлический удар считается прямым, если закрытие задвижки происходит достаточно быстро: время закрытия задвижки меньше фазы гидравлического удара (t_закр.< Т). При непрямом гидравлическом ударе торможение жидкости происходит при менее быстром срабатывании запорного устройства (t_закр.> Т).

Фаза гидравлического удара

Время, в течение которого ударная волна проходит путь, равный двойной длине трубопровода.

Фаза гидравлического удара обозначается Т и выражается в секундах (с).

Кавитация

Кавитацией называется разрыв сплошного потока жидкости, то есть образование в ней паровых и газовых пузырьков в зонах понижения давления.

Насадка

Насадка (или насадок) – короткий патрубок, подсоединяемый к отверстию с целью изменения параметров истечения.

Подобные потоки жидкости

Подобными называют такие потоки жидкости, у которых каждая характеризующая их физическая величина находится для любых сходственных точек в одинаковом отношении.