Потік рідини та його елементи.

Потік рідини характеризується рядом геометричних та гідравлічних його параметрів, якими користуються при конструюванні русел і гідравлічному розрахунку потоків. Основними елементами потоків рідини є русло, живий переріз, змочений периметр, гідравлічний радіус, витрата рідини, середня швидкість руху рідини.

Русло потоку - це тверда поверхня, яка обмежує потік рідини знизу(дно,схили).

Живий переріз ω, м², - це площа перерізу потоку, перпендикулярна до загальної поздовжньої його течії (рис. 1.25).

 

Рис.1.25. Схеми:

а – живого перерізу потоку;

б – змоченого периметру

трапеціїдальної і круглої форм

перерізу потоку

 

Рис 1.26. Схеми до визначення

гідравлічних характеристик

потоків з поперечним перерізом:

а – прямокутним;

б – трапеціїдальним; в – трикутним;

г – круглим; д – сегментним.

 

 

Площа живого перерізу найбільш розповсюджених його форм (рис. 1.26) визначається за формулами, що наводяться в табл. 1.2.

Змочений периметр χ, м, - це та частина периметра живого перерізу потоку, на якій рідина торкається твердих стінок (тобто це довжина лінії перерізу поверхні русла) (рис. 1.25, б). Чим більше змочений периметр потоку, тим більші гідравлічні опори при його русі, а значить, більші втрати енергії. Довжина змоченого периметра найбільш розповсюджених форм поперечного перерізу (рис. 1.26) визначається за формулами, що наводяться в табл. 1.2.

Гідравлічний радіус R, м, - це відношення площі живого перерізу ω до змоченого периметра χ.

 

           R = ω / χ.                           (1.93)

 

Витрата рідини Q, м ³ / с, - це об'єм рідини, яка протікає через живий переріз потоку за одиницю часу.

Теоретично сказане обґрунтовується, якщо прийняти, що витрата рідини в елементарній струминці

dQ = , тоді загальна витрата Q= , що в кінцевому результаті дає формулу

                           Q=                                (1.94)

де W - об'єм рідини; t - час.

 

 

Рис 1.27. Схема епюр швидкості

руху рідини у відкритому руслі

(наприклад у річці):

1 – дійсної швидкості;

2 – середньої швидкості.

 

 

Середня швидкість руху рідини V, м/с, - це фіктивна швидкість, з якою всі частинки рідини рухаються так, що кількість рідини, яка протікає через живий переріз, що розглядається, дорівнює дійсній кількості рідини, яка протікає через той же переріз при дійсних швидкостях руху. Дійсна швидкість руху рідини, наприклад у живому перерізі каналу, змінюється від поверхневої швидкості до максимальної на деякій глибині й далі до нуля біля дна каналу. На рис. 1.27 показана епюра дійсних швидкостей (суцільна крива) і епюра середньої швидкості течії (пунктирна вертикальна лінія). Середня швидкість, згідно з її визначенням, буде

         V = ,                        (1.95)

де Q - витрата рідини; ω - площа живого перерізу.