Методы гидродинамики позволяют также исследовать движение газов, если скорость этого движения значительно меньше скорости звука в рассматриваемом газе.

Гидродинамическое (гидравлическое) сопротивление – сопротивление движению жидкостей (газов) по трубам, каналам и т.д., обусловленное их вязкостью, или сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости.

В гидравлике различают два вида гидравлического сопротивления: сопротивление трения, прямо пропорциональное длине участка потока, и местные гидравлические сопротивления, связанные с изменением структуры потока (отрывы, вихреобразование) на коротком участке при обтекании различных препятствий (клапанов, задвижек, диафрагм), а также при внезапном расширении или сужении потока или при изменении его направления. Потери на трение по длине определяются по формуле Дарси – Вейсбаха, а потери в местных сопротивлениях – по формуле Вейсбаха.

Гидромеханика – раздел механики, в котором изучается движение и равновесие практически несжимаемых жидкостей; подразделяется на гидродинамику и гидростатику.

Гидромуфта – гидродинамическая передача - механизм, передающий вращательное движение от ведущего вала к ведомому. Состоит из центробежного насоса и гидротурбины, лопаточные колеса которых сближены и образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. Служит для передачи крутящего момента без его изменения (потери в гидромуфте не учитываются). Применяется в приводах буровых установок, питательных насосов и дымососов теплоэнергоцентралей и др.

Гидромеханика – раздел механики, в котором изучается движение и равновесие практически несжимаемых жидкостей; подразделяется на гидродинамику и гидростатику.

Гидромуфта – гидродинамическая передача - механизм, передающий вращательное движение от ведущего вала к ведомому. Состоит из центробежного насоса и гидротурбины, лопаточные колеса которых сближены и образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. Служит для передачи крутящего момента без его изменения (потери в гидромуфте не учитываются). Применяется в приводах буровых установок, питательных насосов и дымососов теплоэнергоцентралей и др.

Гидростатика – раздел гидроаэромеханики, в котором изучается равновесие несжимаемых (капельных) жидкостей. и воздействие покоящейся жидкости на погруженные в неё тела.

Гидростатический закон распределения давления:

где - расстояние, отсчитываемое от плоскости сравнения - давление в точке, - плотность жидкости, - ускорение свободного падения. Если рассматривается абсолютное давление в точке, то постоянную называют гидростатическим напором :

Если рассматривается избыточное давление в точке, то постоянную называют пьезометрическим напором :

Гидростатический парадокс - явление, заключающееся в том, что вес жидкости, налитой в сосуд, может отличаться от силы давления, с которой эта жидкость действует на дно сосуда. В расширяющихся кверху сосудах сила давления на дно меньше веса жидкости, а в суживающихся – больше. В цилиндрическом сосуде обе силы одинаковы. Гидростатический парадокс объясняется тем, что гидростатическое давление всегда нормально к стенкам сосуда, поэтому сила давления на наклонённые стенки имеет вертикальную составляющую, направленную вверх в расширяющемся сосуде или вниз – в сужающемся.

Гидростатическое давление - давление, вызываемое весом жидкости. Гидростатическое давление измеряется высотой столба воды в единицах длины или в атмосферах; зависит от координат точки, в которой оно измеряется. В однородной несжимаемой жидкости гидростатическое давление возрастает с глубиной по линейному закону: где – плотность жидкости, – глубина, отсчитываемая от поверхности, – ускорение свободного падения.

Гиперзвуковое течение – течение газа с большой сверхзвуковой скоростью, при котором скорости частиц газа во много раз (обычно, более чем в 5 раз) превышают скорость звука в нем. При гиперзвуковом течении кинетическая энергия поступательного движения частицы газа намного превосходит её внутреннюю тепловую энергию.

Гомогенная система – термодинамическая система, все равновесные параметры которой (например, плотность, давление) непрерывно изменяются в пространстве или постоянны. В гомогенной системе отсутствуют поверхности раздела, таким образом, она является однофазной, но может быть многокомпонентной.

Граничные и начальные условия – в теории дифференциальных уравнений – дополнение к основному дифференциальному уравнению (обыкновенному или в частных производных), задающее его поведение в начальный момент времени или на границе рассматриваемой области соответственно. Обычно дифференциальное уравнение имеет не одно решение, а целое их семейство. Начальные и граничные условия позволяют выбрать из него одно, соответствующее реальному физическому процессу или явлению.

Гюгонио уравнение – см. Уравнение Гюгонио.

Д

Давление - физическая скалярная величина, характеризующая напряженное состояние сплошной среды. Давлением в данной точке вязкой жидкости называется среднее значение нормальных напряжений сжатия , действующих на поверхности сферы с центром в рассматриваемой точке, при стремлении радиуса сферы к нулю, т.е.

.

Давление направлено по нормали к площадке, его величина не зависит от ориентации площадки в пространстве и является функцией координат точек жидкости и времени = (x,y, z, t). В случае равновесия произвольной и движения идеальной жидкости давление равно взятой с обратным знаком величине нормального напряжения на произвольно ориентированной в данной точке площадке: . В покоящейся жидкости это давление называется гидростатическим, в движущейся – гидродинамическим. Средняя величина давления на какую-либо площадку равна отношению среднего значения действующей перпендикулярно площадке силы к площади этой площадки. При движении вязкой жидкости давление равно взятому с обратным знаком среднему арифметическому трех нормальных напряжений на взаимно перпендикулярных площадках в данной точке среды:

т.е. в данном случае давление представляет собой скаляр, равный одной трети линейного инварианта тензора напряжений (см. – Тензор напряжений).

Единицей измерения давления в СИ является Паскаль: 1 Па = 1Н/м². Допускается применение внесистемных единиц: техническая атмосфера – 1 ат = 1 кгс/см²= = 9,81∙10⁴ Па; физическая атмосфера – 1 атм= 760 мм рт. ст.= 1,01∙10⁵ Па; 1 мм рт. ст. (1 торр) = 133,322 Па; 1 мм водяного столба = 9,81 Па.

Давление абсолютное – давление, отсчитанное от состояния жидкости, при котором напряжения сжатия отсутствуют, т.е. при котором Согласно основной формуле гидростатики где - абсолютное давление в данной точке жидкости; - давление на свободной поверхности жидкости; - плотность жидкости; - ускорение свободного падения; - расстояние от свободной поверхности до данной точки (глубина).

Давление в термодинамике – термодинамический параметр P, определяющий элементарную работу dA = PdV, совершаемую системой при медленном (квазистатическом) изменении её объема V, вызванного перемещением внешних тел.

Давление вакууметрическое – разница между атмосферным давлением и давлением в данной точке (если оно ниже атмосферного):

Давление избыточное (или манометрическое) – разница между абсолютным давлением в данной точке (если оно больше атмосферного) и атмосферным давлением:

Двухфазное течение – течение гетерогенных смесей: смеси газа с каплями жидкости или твёрдыми частицами (газовзвесь), смеси жидкости с твёрдыми частицами (суспензия), смеси жидкости с каплями другой жидкости (эмульсия) и т.п. Двухфазное течение может сопровождаться фазовыми превращениями – конденсацией и испарением, плавлением, кипением и кристаллизацией.

Детонация – распространение в пространстве химического превращения, сопровождающегося выделением теплоты, с постоянной скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе. Детонация представляет собой комплекс мощной ударной волны и зоны химического превращения. Ударная волна сжимает и нагревает вещество, вызывая в нём химические превращения. Теплота, выделяющаяся в результате реакции, поддерживает ударную волну, не давая ей затухать. При этом обеспечивается стационарный режим волны детонации с постоянной скоростью. Скорость детонационных волн достигает 1 – 3 км/с в газовых смесях, а давление на фронте распространяющихся в них детонационных волн достигает 1 – 5 МПа. Скорость детонации в газе зависит от теплоты химического превращения и показателя адиабаты :

Джоуля-Томсона эффект – изменение температуры газа при стационарном адиабатическом протекании его через пористую перегородку. Если при протекании газа через пористую перегородку температура убывает, эффект называется положительным, если возрастает – отрицательным. В процессе Джоуля – Томсона энтальпия газа остается постоянной, а энтропия возрастает. Из условия постоянства энтальпии следует, что изменение температуры на единицу давления (дифференциальный эффект Джоуля – Томсона) равно где – теплоёмкость при постоянном давлении. Для идеального газа эффект Джоуля – Томсона всегда равен нулю. Для реальных газов его знак зависит от знака выражения который определяется уравнением состояния. Для реального газа изменение температуры при адиабатическом дросселировании определяется формулой где и – конечная и начальная температуры соответственно, – начальный объём газа, и – поправки Ван-дер-Ваальса, – универсальная газовая постоянная, – теплоёмкость при постоянном объёме, т.е. знак разности температур зависит от начального объёма и начальной температуры Эффект Джоуля –Томсона – один из способов получения низких температур.

Диафрагма (от греч. διάφραγμα — перегородка) — стальная перегородка внутри трубы с жидкостью или газом с круглым отверстием в центре. Для измерения расхода жидкости через трубопроводы широкое распространение получили мерные диафрагмы (шайбы). При протеканиии жидкости через диафрагму струя сжимается, корость в ней растёт, давление падает. Связь между падением давления в струе и расходом без учёта потерь для несжимаемой жидкости можно найти из рассмотрения уравнения Бернулли и уравнения неразрывности для двух сечений 1 – перед диафрагмой и 2 – за ней:

где – плотность жидкости, – площадь поперечного сечения трубы, – площадь поперечного сечения струи за диафрагмой, и – скорости жидкости в сечении 1 перед диафрагмой и в струе в сечении 2 за диафрагмой соответственно. Выражение для расхода имеет вид:

(кг/с),

где – площадь отверстия в диафрагме, – коэффициент сжатия струи. С учётом потерь в местном сопротивлении формула примет вид

где – коэффициент потерь в местном сопротивлении (диафрагме).

Диссипативная функция (функция рассеяния) – функция, вводимая для учёта перехода энергии упорядоченного движения в энергию неупорядоченного движения, в конечном счёте – в тепловую, например, для учета влияния сил вязкого трения на движение жидкости. Диссипативная функция характеризует степень убывания механической энергии жидкости или газа. Диссипативная функция показывает, какая часть механической энергии, расходуемой на преодоление сил трения, превращается в тепло, т.е. диссипируется. Часть мощности, затрачиваемой на преодоление сил трения, не переходит в теплоту. Для вязкой сжимаемой жидкости диссипативная функция имеет вид

где – проекции вектора скорости на оси координат соответственно. Для несжимаемой жидкости последний член в этом выражении равен нулю. Механическая энергия, диссипированная в единице объёма в единицу времени (диссипированная мощность), где – коэффициент динамической вязкости.

Диссипация энергии – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущейся жидкости) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте – в теплоту.

Диффузия [от лат. diffusio – распространение, растекание, рассеивание] – неравновесный процесс, вызываемый молекулярным тепловым движением и приводящий к установлению равновесного распределения концентраций внутри фаз. Диффузия – частный случай явлений переноса, относится к явлениям массопереноса. Диффузия – необратимый процесс, один из источников диссипации энергии в системе. Диффузия приводит к тому, что примеси в жидкости или газе распространяются от места их введения по всему объему. Явление диффузии в одномерном случае в двухкомпонентной системе описывается законом Фика: где – масса первого компонента, которая переносится за время через элементарную площадку в направлении оси в сторону убывания плотности первого компонента, – градиент плотности, – коэффициент диффузии. В газах диффузия определяется средней длиной свободного пробега молекул, которая значительно больше среднего расстояния между ними. Коэффициент диффузии для газа равен где – средняя скорость теплового движения молекул.

Диффузор – участок трубопровода (проточного канала), в котором происходит торможение потока жидкости или газа. Вследствие падения средней скорости давление в направлении течения растёт и кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную. Преобразование энергии в диффузоре сопровождается возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. Потерянная часть кинетической энергии потока затрачивается на образование и затухание вихрей, работу против силы трения и необратимо переходит в теплоту.

В случае несжимаемой жидкости, а также при дозвуковой скорости газа на входе в диффузор, площадь поперечного сечения канала в силу уравнения неразрывности должна увеличиваться в направлении течения; поэтому дозвуковой диффузор имеет форму расходящегося канала. В пограничном слое под действием вязкости скорость жидкости быстро убывает, обращаясь в ноль на стенке диффузора. Кинетическая энергия в пограничном слое меньше, чем в остальной части потока, а статическое давление в данном поперечном сечении практически постоянно. Так как средняя скорость потока по длине диффузора падает, а давление растет, то в сечении, расположенном на некотором расстоянии от входа в диффузор, кинетическая энергия потока вблизи стенки становится недостаточной для перемещения жидкости против сил давления, возрастающих в направлении течения. В результате около стенки диффузора начинается отрыв потока от стенки и возникает возвратное течение с образованием области циркуляционного движения. Поверхность раздела между оторвавшимся от стенки и основным потоками неустойчива, она периодически свертывается в вихри, которые сносятся вниз по потоку. Место расположения отрыва в диффузоре зависит от толщины пограничного слоя, градиента давления, определяемого формой диффузора, от профиля скорости и степени турбулентности потока перед входом в диффузор.

Потери в дозвуковом диффузоре представля-ют в виде суммы потерь на трение и потерь на расширение : = + .

Потери на трение в диффузоре определяются по формуле:

где - коэффициент гидравлического трения; - угол раскрытия диффузора; - средняя скорость течения на входе в диффузор; – отношение площадей поперечных сечений на выходе и входе в диффузор.

Потери на расширение (вихреобразование) определяются по формуле:

где - коэффициент полноты удара, зависит от угла раскрытия диффузора. При углах раскрытия диффузора в диапазоне 5 ÷ 20° = . Оптимальный угол раскрытия диффузора определяется по формуле:

При сверхзвуковой скорости газа на входе в диффузор он имеет форму сходящегося или цилиндрического канала, в котором после торможения средняя скорость становится дозвуковой. Дальнейшее торможение осуществляется в расходящемся дозвуковом диффузоре, присоединенном к сверхзвуковому. В случае сверхзвуковой скорости на входе в диффузор торможение осуществляется в ударных волнах, взаимодействующих между собой и отражающихся от стенок диффузора. Давление в потоке после ударной волны резко увеличивается, в местах отражения ударных волн от стенок может происходить отрыв пограничного слоя.

Длина свободного пробега (средняя) – среднее расстояние, которое проходит частица между двумя последовательными столкновениями с другими частицами. В кинетической теории газов средняя длина свободного пробега молекулы где – эффективный диаметр молекулы, – концентрация молекул.

Дозвуковое течение газа – течение, при котором во всей рассматриваемой области скорость движения среды меньше местной скорости распространения звука Если во всей области течения << , то при описании течения можно пренебречь сжимаемостью среды.

Дросселирование – понижение давления в потоке жидкости, газа или пара при прохождении его через дроссель – местное гидродинамическое сопротивление (сужение трубопровода, вентиль, кран); наблюдается в условиях, когда поток не совершает внешней работы и нет теплообмена с окружающей средой. При дросселировании реальных газов наблюдается эффект Джоуля – Томсона. Дросселирование применяется для измерения и регулирования расхода жидкостей и газов.

Ж

Живое сечение потока жидкости – поверхность, являющаяся геометрическим местом частиц жидкости, скорости которых перпендикулярны к соответствующим элементам поверхности. Для установившегося течения жидкости в заполненной гладкой трубе живое сечение потока задается плоскостью, перпендикулярной оси трубы и ограниченной внутренней поверхностью трубы.

Жидкость – агрегатное состояние вещества, промежуточное между твердым и газообразным. В механике жидкости и газа – тело, обладающее несжимаемостью, текучестью и подвижностью; способное изменять свою форму под воздействием внешних сил и температурных изменений. Область существования жидкости ограничена со стороны низких температур фазовым переходом в твердое состояние (кристаллизация), а со стороны высоких температур – в газообразное (испарение). В жидкостях наблюдается ближний порядок - упорядоченное относительное расположение соседних частиц жидкости внутри малых её объёмов. В жидкостях средняя энергия взаимодействия молекул сравнима с их средней кинетической энергией, что определяет особенности жидкости и промежуточный характер теплового движения частиц жидкости. Молекулы жидкости совершают нерегулярные тепловые колебания около положений равновесия с частотой, близкой к частотам колебаний частиц в кристаллах. В отличие от кристаллов, положения равновесия в жидкости временны, неустойчивы. Молекулы в жидкости перемещаются путём скачков с преодолением потенциального барьера, разделяющего два возможных положения молекул. По истечении времени эти положения равновесия смещаются. Продолжительность времени оседлой жизни молекулы во временном положении равновесия с ростом температуры уменьшается. Непрерывно совершающиеся переходы из одного положения равновесия в другое обусловливают основное свойство жидкости – её текучесть. Под действием постоянной внешней силы проявляется преимущественная направленность скачков частиц жидкости вдоль действия силы, т.е. возникает поток частиц в этом направлении.

Жуковского теорема – см. Теорема Жуковского.

З

Задача Дирихле – задача отыскания регулярного в области решения эллиптического уравнения 2-го порядка, принимающего наперед заданные значения на границе области, также называют первой краевой задачей. В гидромеханике – нахождение функции тока для плоского потенциального течения несжимаемой жидкости.

Задача Неймана, или вторая краевая задача – в дифференциальных уравнениях краевая задача о нахождении решения уравнения Лапласа с заданными условиями для производной искомой функции на границе области – так называемые граничные условия второго рода. В гидромеханике – нахождение потенциала скорости для плоского течения несжимаемой жидкости.

Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, численно равная весу вытесненной телом жидкости (газа), направленная вертикально вверх и приложенная к центру тяжести вытесненного объема. Выталкивающую силу называют также архимедовой или гидростатической подъёмной силой. Закон Архимеда – основа теории плавания тел.

Закон вязкого трения Ньютона – эмпирическая формула, выражающая пропорциональность напряжения трения между двумя слоями прямолинейно движущейся вязкой жидкости относительной скорости скольжения этих слоёв, т.е. отнесённому к единице длины изменению скорости по нормали к направлению движения. Предложена И.Ньютоном в 1687 г. В соответствии с этим законом напряжение трения , действующее на поверхности элементарного объема жидкости или газа, пропорционально градиенту скорости где - составляющая скорости жидкости вдоль поверхности, а - координата, нормальная к поверхности: Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом внутреннего трения или коэффициентом динамической вязкости (иногда просто вязкостью).

Закон Дальтона - физический закон, согласно которому давление смеси химически не взаимодействующих идеальных газов равно сумме парциальных давлений этих газов.

Закон Паскаля - основной закон гидростатики, в соответствии с которым давление на поверхности жидкости, произведенное внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях. На основе закона Паскаля работают гидравлические устройства, тормозные системы автомобилей, домкраты, прессы и т.п.

Закон сохранения импульса – закон механики, в соответствии с которым векторная сумма импульсов тел замкнутой системы остается постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой. Импульс может только перераспределяться между телами системы в результате их взаимодействия. В механике этот закон выводится из законов Ньютона. За пределами механики закон сохранения импульса нужно рассматривать как самостоятельный опытный принцип, не сводящийся к законам Ньютона. Закон сохранения импульса есть следствие однородности пространства.

Закон сохранения момента импульса – один из фундаментальных законов природы: момент импульса замкнутой механической системы относительно любой неподвижной точки не изменяется с течением времени; является следствием изотропности пространства. Для незамкнутой системы: если момент внешних сил относительно оси вращения равен нулю, то момент импульса системы относительно той же оси остаётся неизменным с течением времени.

Закон сохранения механической энергии – полная механическая энергия замкнутой системы, в которой отсутствуют диссипативные силы, остаётся неизменной (сохраняется) с течением времени; является следствием однородности времени.

Закон сохранения энергии – один из наиболее фундаментальных законов природы: полная энергия изолированной системы тел остаётся неизменной с течением времени (сохраняется) при любых взаимодействиях между телами; при этом она может переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии является строгим законом природы, справедливым для всех известных взаимодействий. Он связан с однородностью времени.

Замкнутая (изолированная) система в термодинамике – термодинамическая система, находящаяся в состоянии адиабатической изоляции от окружающей среды, что исключает обмен системы с окружающей средой энергией и веществом.

И

Идеализированная модель физического тела - в физике - абстрактный объект, являющийся моделью реального объекта и обладающий некоторыми физическими свойствами реального объекта, существенными для определенного круга задач.