Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.1: Вступ до потоку в каналах

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    37959

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Потоки в каналах або каналах представляють інтерес у науці, техніці та повсякденному житті. Потоки в закритих трубопроводах або каналах, як труби або повітроводи, повністю стикаються з жорсткими кордонами. Більшість закритих трубопроводів в інженерних додатках є або круглими, або прямокутними в поперечному перерізі. Потоки з відкритим каналом, з іншого боку, - це ті, межі яких не є цілком твердим і жорстким матеріалом; інша частина кордону таких потоків може бути іншою рідиною, або взагалі нічого. Важливими потоками відкритого каналу є річки, приливні течії, зрошувальні канали або листи води, що протікають по поверхні землі після дощу.

    Як у закритих каналах, так і у відкритих каналах форма і площа поперечного перерізу потоку можуть змінюватися вздовж потоку; такі потоки, як кажуть, нерівномірні. Потоки - це ті, які не змінюються в геометрії або характеристиках потоку від поперечного перерізу до поперечного перерізу, як кажуть, є рівномірними. Пам'ятайте, що потоки можуть бути як стійкими (не змінюються з часом), так і нестаціонарними (змінюються з часом). У цьому розділі ми розглянемо ламінарні та турбулентні потоки в каналах і каналах. Акцент в цьому розділі робиться на стійкому рівномірному потоці в прямих каналах. Це спрощення потоків у природному світі, в річках і в океані, але це розкриє багато фундаментальних аспектів цих більш складних потоків. Матеріал в цій главі застосовний до набагато ширшого класу потоків, в трубах і водах, а також; такі питання висвітлюються в стандартних підручниках з динаміки рідини.

    Цей розділ присвячений двом найважливішим аспектам канального потоку: граничний опір потоку та швидкісна структура потоку. Дискусія побудована навколо двох еталонних випадків: стійкий рівномірний потік у круговій трубі та стійкий рівномірний потік вниз по похилій площині. Потік у круговій трубі явно має велике практичне та інженерне значення, і йому надається багато місця в підручниках з гідродинаміки. Стік вниз по площині є більш актуальним для природних установок земної поверхні (листові повені приходять на розум), і це служить хорошим орієнтиром для річкових потоків.

    Перший розділ розглядає ламінарний потік у плоскому відкритому каналі, щоб отримати вирази для розподілу напруги зсуву та швидкості по поперечному перерізу. Існує два еквівалентні способи зробити це: спеціалізація рівнянь Нав'є-Стокса (які, пам'ятайте, є загальним твердженням другого закону Ньютона, застосованого до потоків рідини) до даного виду потоку, або написання другого закону Ньютона безпосередньо для даного виду потоку. Тут ми візьмемо другий підхід. Тоді в подальших розділах ми займемося набагато складнішою проблемою опору і швидкості в турбулентних потоках в трубах і каналах. Це викличе необхідність більш глибокого вивчення природи напружень зсуву в турбулентному потоці та ретельного розгляду відмінностей між тим, що я буду називати плавним потоком і грубим потоком. Результатом стануть деякі широко корисні прийоми, а також значно покращене розуміння. Розділ про розподіли швидкостей є складним і тривалим, і може здатися не таким прямо корисним, але він розкриває деякі дійсно фундаментальні поняття.