post

Ламинарно течение, турбулентен поток, число на Рейнолдс

Ламинарно течение се нарича хидродинамичен режим, при който съседните слоеве в една течност не се смесват, а когато се промени така, че те да се смесват, тогава то се нарича турбулентно течение. Ламинарното може да бъде стационарно или нестационарно, а турбулентното винаги е нестационарно.

Ламинарно течение

Когато течност се придвижва в тръбопровод с кръгло сечение, потокът мислено може да се раздели на слоеве с цилиндрична форма. Най-външният от тях следва да е в контакт със стените на тръбопровода. Неговите частици са частично или напълно неподвижни поради взаимодействието им с частиците на тръбите.

Скоростта на всеки вътрешен слой е по-висока от тази на предхождащия го външен, като най-висока е тази на централния цилиндър. Токовите линии на всички тези слоеве са успоредни. При ламинарния поток, както беше споменато в началото, слоевете не се смесват, а се плъзгат един спрямо друг.

При ламинарно течение скоростта на частиците в произволно напречно сечение на тръбопровода се променя в зависимост от радиуса на тръбата и слоя, в който се намират.

v = vmax [1- (r2/R2)]

vmax е скоростта на частиците по централната ос на тръбата (v център), е радиуса на тръбопровода, е разстоянието от центъра до слоя, … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ

post

Вискозитет – коефициент на вискозност

Вискозитет е характеристика на флуидите (течности и газове), която определя свойството им да текат. Той е мярка за вътрешното триене между отделните пластове на течността или газа. Флуидите с голям вискозитет са слабо течливи или почти нетечливи, а тези с малък текат отлично. Пчелният мед има голям вискозитет, а водата относително малък.

Теоретична постановка

Нека да си представим теоретичен модел на две тънки пластини с повърхност S, долната от които е неподвижна, а между тях пространството Δy е запълнено с флуид. Самата течност може да се представи като отделни слоеве плътно притиснати един в друг (слоест/ламинарен модел).

Когато върху горната пластина се приложи тангенциална сила с размер F, правопропорционална на квадратурата S, пластината започва да се движи със скорост Δv по посока на приложената сила. Във флуида възниква съпротивление, което е резултат от тангенциалните сили на триене между отделните му пластове. Затова горният слой се движи най-бързо, всеки следващ с по-малка скорост, а долният е най-бавен.

Скоростен градиент и вискозитет

Разликата в скоростите на два слоя dv/dy се нарича градиент на скоростта. Скоростният градиент отразява изменението на скоростта на безкрайно малко разстояние dy в перпендикулярно на движението направление. Практически е установено, че силата F трябва да е … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ

post

Идеален флуид. Стационарно течение. Токова тръба

Идеален флуид е понятие, под което ще разбираме идеална течност, а за идеален газ ще дефинираме съвсем различно определение в друга публикация.

Идеален флуид е такъв, който е абсолютно несвиваем и невискозен. Когато се разглежда неговото движение, могат да бъдат пренебрегнати процесите на топлооблен. Дисциплината във физиката, която се занимава с това се нарича хидродинамика, а тя е част от механиката на флуидите.

Когато става дума за движение на несвиваеми флуиди, плътността (ρ) обикновено има еднакви стойности за всички обеми от всеки участък на потока.

Стационарно течение на идеален флуид

Движение на идеален флуид (течност), при което скоростта ѝ във всяка точка от пространството остава постоянна във времето, се нарича стационарно течение.

При движението на идеален флуид, всяка точка от пространството, през която минава движещата се течност, се характеризира с определена скорост v. Скоростта се изобразява като вектор с определена дължина и посока. Всички вектори формират поле на вектора на скоростта.

За изобразяване на полето на вектора на скоростта се използват токови линии. Токова линия е най-често крива, съставена от множеството от точки, всяка от които лежи на допирателна към кривата, върху която се намира векторът на скоростта.

Когато се начертаят повече токови линии, … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ

post

Закон на Архимед – плаване на телата

Закон на Архимед е физичен принцип, който дефинира следното: Всяко тяло потопено във флуид (течност или газ) е подложено на действието на изтласкваща сила. Тя се равнява по големина на теглото на обема изместен флуид от тялото и е насочена вертикално нагоре.

В чест на откривателя си изтласкващата сила е наречена архимедова. Нейното въздействие е изключително важно за корабоплаването и проектирането на плавателни съдове. Тя възниква като резултат от хидростатичното налягане.

Закон на Архимед –  изтласкваща сила

На тяло с произволна форма, което е потопено в течност, действат сили на нормален натиск върху повърхността му, упражнявани от хидростатичното налягане. По-дълбоко потопените части са подложени на по-силно въздействие. Сборът от всички тези сили дава равнодействащата сила FA (изтласкващата сила). Тя е насочена вертикално нагоре и е равна на силата на тежестта G.

За да представим математически това твърдение, ще използваме малко по-опростен теоретичен модел. Нека потопим цилиндър в течност с плътност ρ (ро). Неговата височина ще е h, а със S ще бележим лицето на основите му.  Горната му основа ще е потопена на дълбочина h1, а долната на h2. Върху първата действат сили Fпородени от хидростатично налягане p1, а … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ

post

Хидростатично налягане

Хидростатично налягане е налягането във вътрешността на дадена течност (флуид), което упражнява водният стълб под действието на силата на тежестта. С нарастване на дълбочината се увеличават и стойностите на хидростатичното налягане. За дадена конкретна дълбочина обаче, те са равни и не зависят от размерите на съда и обема на течността.

Теоретична постановка

Следващата теоретична постановка има за цел, на базата на нея, да бъде изведен изразът описващ понятието хидростатично налягане:

Ако бъде разгледан съд, запълнен с несвиваем флуид в равновесие, то в неговия обем можем да отделим мислено цилиндър с височина h. Основите на цилиндъра притежават площ S и следва да са успоредни на повърхността на течността, като горната основа се намира на самата повърхност.

Флуидът има плътност ρ (ро), атмосферното налягане притежава стойност pa, а земното ускорение е g. Обемът на цилиндъра се изчислява по формулата V=S.h, а масата му m=ρ.V.

Сили действащи върху въображаемия цилиндър

Върху всяка течност в съд действат два вида сили: обемни и повърхностни. Обемните сили се разпределят в целия обем на флуида и са правопропорционални на масата му. Повърхностните сили се прилагат върху повърхността на отделен елемент (в случая цилиндър) и влияят на взаимодействието … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ

post

Закон на Паскал. Хидравлична преса

Флуид е материален обект (материя), в който в условия на равновесие не възникват тангенциални напрежения. В резултат на това флуидите нямат постоянна форма и могат да се деформират и да текат. Казано по-просто, флуиди са течностите и газовете. Освен това те представляват две от трите основни агрегатни състояния на планетата Земя.

Физичната дисциплина, която се занимава с равновесието и движението на газовете и течностите се нарича механика на флуидите. Когато става дума само за течности, хидростатиката изследва равновесните процеси в несвиваемите течности, а хидродинамиката закономерностите в тяхното движение.

Закон на Паскал

Блез Паскал е бележит френски учен, който е формулира основният закон на хидростатиката кръстен на него – закон на Паскал, гласящ следното:

Външното налягане, приложено върху коя да е точка от несвиваем флуид в затворен съд, се предава без изменение в големината си на останалите точки от флуида и върху стените на съда.

Върху една течност в съд действат два вида сили: обемни и повърхностни. Обемните сили се разпределят по целия обем на флуида и са правопропорционални на масата му. Повърхностните сили се прилагат върху повърхността на отделен елемент и влияят на взаимодействието му с всички останали елементи. Обемна е силата на тежестта, а повърхностни са силите … ПРОЧЕТИ ЦЯЛАТА ПУБЛИКАЦИЯ