Течение жидкостей: виды, поведение и применение

Ранее я объяснял гидромеханику, где гидродинамика — раздел, изучающий течение жидкостей. Это движение жидкости под действием несбалансированных сил, продолжающееся, пока силы действуют. Но это не наша тема.

Сегодня вы узнаете о различных видах течения жидкостей, так как жидкость классифицируется по изменению характеристик: скорости, плотности и др. Методы анализа в гидромеханике зависят от типа течения. Перейдем к теме: виды течения жидкостей. Также рассмотрим виды жидкостей.

Виды течения жидкостей

Установившееся и неустановившееся течение:

Течение называют установившимся, если его характеристики — плотность, скорость, давление — в точке не меняются во времени. Математически:

где V — скорость жидкости, P — давление, ρ — плотность.

Течение неустановившееся, если характеристики в точке меняются во времени. Математически:

Схема установившегося и неустановившегося течения в гидромеханике:

Равномерное и неравномерное течение:

Равномерное течение — скорость в данный момент не меняется вдоль пространства (вдоль длины течения). Математически:

Неравномерное течение — скорость в данный момент меняется в пространстве. Математически:

Схема равномерного и неравномерного течения:

Ламинарное и турбулентное течение

Ламинарное течение — частицы жидкости движутся по определенным линейным течениям (линиям тока). Все линии тока прямые и параллельны. Частицы движутся в слоях (ламинарах). Слои скользят гладко друг по другу. Течение ламинарно, если число Рейнольдса Re < 2000 (в оригинале ошибка: указано >4000, правильно <2000).

Турбулентное течение — частицы движутся зигзагами, образуя высокую турбулентность и вихри, что ведет к большим энергопотерям. Течение турбулентное при Re > 4000. При Re 2000–4000 — переходное состояние. Ламинарное и турбулентное течение в трубе характеризуются числом Рейнольдса.

Схема ламинарного и турбулентного течения:

Сжимаемое и несжимаемое течение

В сжимаемом течении плотность меняется от точки к точке (ρ ≠ const). В несжимаемом — плотность постоянна (ρ = const). Жидкости обычно несжимаемы, газы — сжимаемы.

Вращательное и безвихревое течение

Вращательное течение — частицы вращаются вокруг своей оси, движясь по линиям тока. Безвихревое — частицы не вращаются вокруг своей оси по линиям тока.

Одномерное, двухмерное и трехмерное течение

Одномерное — параметр течения (скорость) функция времени и одной пространственной координаты. Выражается: u = f(x, t), v = 0, w = 0. Скорости по y и z пренебрежимо малы.

Двухмерное — скорость функция времени и двух прямоугольных координат. Скорость по третьему направлению пренебрежима: u = f(x, y, t), v = g(x, y, t), w = 0.

Трехмерное — скорость функция времени и трех взаимно перпендикулярных координат (x, y, z): u = f(x, y, z, t), v = g(x, y, z, t), w = h(x, y, z, t).

Смотрите видео ниже об течении жидкостей в гидромеханике:

Теперь обсудим виды жидкостей.

Виды жидкостей

Основные виды:

• Идеальная жидкость — несжимаемая, вязкость нулевая. Мнимая, в реальности не существует.
• Реальная жидкость — обладает вязкостью.
• Ньютоновская жидкость — подчиняется закону вязкости Ньютона.
• Неньютоновская жидкость — не подчиняется закону вязкости Ньютона.
• Идеальная пластическая жидкость — касательное напряжение пропорционально градиенту скорости и превышает предельное значение сдвига.
• Несжимаемая жидкость — плотность не меняется под внешней силой.
• Сжимаемая жидкость — плотность меняется под внешней силой.

Таблица плотности и вязкости различных жидкостей:

Тип жидкости	Плотность	Вязкость
Идеальная	Постоянная	Нулевая
Реальная	Переменная	Ненулевая
Ньютоновская	Постоянная/Переменная	τ = μ(du/dy)
Неньютоновская	Постоянная/Переменная	τ ≠ μ(du/dy)
Несжимаемая	Постоянная	Ненулевая/Нулевая
Сжимаемая	Переменная	Ненулевая/Нулевая

Заключение

В статье «Виды течения жидкостей» перечислены типы течения и классификация жидкостей.

Надеюсь, понравилось. Делитесь со студентами. Спасибо за чтение!

Полимеры: определение, виды, свойства и применение Механика жидкостей и газов: основы, приложения и значение