Hidrodinamică- o sectiune de hidraulica in care sunt studiate legile miscarii fluidului si interactiunea acestuia cu suprafetele fixe si in miscare.
Dacă particulele individuale sunt absolut solid sunt conectate rigid între ele, apoi într-un mediu lichid în mișcare nu există astfel de conexiuni. Mișcarea fluidelor constă în mișcări extrem de complexe ale moleculelor individuale.
3.1. Concepte de bază ale mișcării fluidelor
Secțiune liveω (m²) se numește suprafață secţiune transversală curgerea perpendiculară pe direcția curgerii. De exemplu, secțiunea transversală sub tensiune a unei țevi este un cerc (Fig. 3.1, b); secțiunea sub tensiune a supapei este un inel cu un diametru interior variabil (Fig. 3.1, b).
Orez. 3.1. Secțiuni sub tensiune: a - conducte, b - robinete
Perimetrul umezitχ („chi”) - parte a perimetrului secțiunii de locuit, limitată de pereți plini (Fig. 3.2, evidențiat cu o linie groasă).
Orez. 3.2. Perimetrul umezit
Pentru teava rotunda
dacă unghiul este în radiani sau
Debitul Q- volumul lichidului V curgând pe unitatea de timp t prin secțiunea transversală sub tensiune ω.
Viteza medie de curgere υ - viteza de mișcare a fluidului, determinată de raportul debitului fluidului Q la aria secțiunii transversale deschise ω
Deoarece viteza de mișcare a diferitelor particule dintr-un lichid diferă una de cealaltă, prin urmare, viteza de mișcare este mediată. ÎN teava rotunda, de exemplu, viteza la axa conductei este maximă, în timp ce la pereții conductei este zero.
Raza de curgere hidraulică R- raportul dintre secțiunea vie și perimetrul umezit
Fluxul de fluid poate fi constant sau instabil. Stabil mișcarea este mișcarea unui fluid în care într-un punct dat al canalului presiunea și viteza nu se modifică în timp
υ = f(x, y, z)
P = φ f(x, y, z)
Mișcarea în care viteza și presiunea se modifică nu numai din coordonatele spațiale, ci și din timp, este numită instabilă sau nestaționară
υ = f 1 (x, y, z, t)
P = φ f 1 (x, y, z, t)
Linia curentă(folosit pentru mișcarea instabilă) este o curbă în fiecare punct al căreia vectorul viteză la un moment dat este direcționat de-a lungul unei tangente.
Tub de curent- o suprafață tubulară formată din linii cu o secțiune transversală infinit de mică. Se numește partea din flux conținută în interiorul tubului de curent un firicel elementar.
Orez. 3.3. Raționalizați și curgeți
Fluxul de fluid poate fi sub presiune sau fără presiune. Nadornoe curgerea se observă în canale închise fără suprafață liberă. Debitul de presiune este observat în conductele cu presiune ridicată (joasă). Gravitaţie- curgere cu suprafata libera, care se observa in canale deschise (râuri, canale deschise, jgheaburi etc.). Acest curs va acoperi doar fluxul de presiune.
Orez. 3.4. Conducta cu diametru variabil la debit constant
Din legea conservării materiei şi a constanţei consumului rezultă ecuația de continuitate curenti. Să ne imaginăm o țeavă cu o secțiune transversală variabilă (Fig. 3.4). Fluxul de fluid prin conductă în orice secțiune este constant, adică. Q 1 =Q 2 = const, unde
ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2
Astfel, dacă fluxul în conductă este continuu și neîntrerupt, atunci ecuația de continuitate va lua forma:
În mecanica fluidelor, conceptului de „hidrodinamică” i se dă un sens destul de larg. Hidrodinamica fluidelor, la rândul său, ia în considerare mai multe domenii de studiu.
Deci, principalele direcții sunt următoarele:
- hidrodinamica unui fluid ideal;
- hidrodinamica fluidului în stare critică;
- hidrodinamica lichidului vascos.
Hidrodinamica unui fluid ideal
Un fluid ideal în hidrodinamică este un fluid imaginar incompresibil în care nu va exista vâscozitate. De asemenea, nu va exista nicio prezență de conductivitate termică și frecare internă în ea. Datorită absenței frecării interne într-un lichid ideal, tensiunile tangențiale dintre două straturi adiacente de lichid nu vor fi, de asemenea, înregistrate.
Modelul fluidului ideal poate fi utilizat în fizică în cazul luării în considerare teoretică a problemelor în care vâscozitatea nu va fi un factor determinant, ceea ce permite să fie neglijat. O astfel de idealizare, în special, poate fi acceptabilă în multe cazuri de curgere care sunt considerate de hidroaeromecanică, unde este dată o descriere calitativă a fluxurilor reale de lichide suficient de îndepărtate de interfața cu un mediu staționar.
Ecuațiile Euler-Lagrange (obținute de L. Euler și J. Lagrange în 1750) sunt prezentate în fizică în formatul formulelor de bază ale calculului variațiilor, prin utilizarea cărora se caută punctele staționare și extremele funcționalelor. În special, astfel de ecuații sunt cunoscute pentru utilizarea lor pe scară largă în luarea în considerare a problemelor de optimizare și sunt, de asemenea, (împreună cu principiul acțiunii minime) utilizate pentru calcularea traiectoriilor în mecanică.
În fizica teoretică, ecuațiile lui Lagrange sunt reprezentate ca ecuații clasice de mișcare în contextul derivării lor dintr-o expresie scrisă explicit pentru acțiune (numită Lagrangian).
Figura 2. Ecuația Euler-Lagrange. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților
Utilizarea unor astfel de ecuații pentru a determina extremul funcționalului este într-un sens similară cu utilizarea teoremei de calcul diferențial, conform căreia, numai în punctul în care derivata întâi ajunge la zero, o funcție netedă dobândește capacitatea de a avea un extremum (cu un argument vectorial, gradientul funcției este egal cu zero, cu alte cuvinte - derivat față de argumentul vectorial). În consecință, aceasta reprezintă o generalizare directă a formulei luate în considerare în cazul funcționalelor (funcții ale unui argument infinit-dimensional).
Hidrodinamica unui fluid în stare critică
Figura 3. Consecințe din ecuația lui Bernoulli. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților
Nota 1
În cazul studierii stării aproape critice a unui mediu, curgerii acestuia i se va acorda mult mai puțină atenție în comparație cu accentul pus pe proprietățile fizice, în ciuda imposibilității de a avea proprietatea de imobilitate pentru o substanță lichidă reală.
Provocatorii pentru mișcarea pieselor individuale unul față de celălalt sunt:
- neomogenități de temperatură;
- modificări de presiune.
În cazul descrierii dinamicii în apropierea punctului critic, modelele hidrodinamice tradiționale concentrate pe medii obișnuite se dovedesc a fi imperfecte. Acest lucru se datorează generării de noi legi ale mișcării prin noi proprietăți fizice.
Sunt evidențiate și fenomenele critice dinamice detectate în condiții de mișcare a masei și transfer de căldură. În special, procesul de resorbție (sau relaxare) a neomogenităților de temperatură, cauzat de mecanismul conductivității termice, va avea loc extrem de lent. Așadar, dacă, de exemplu, temperatura într-un fluid aproape critic se modifică chiar și cu sutimi de grad, va fi nevoie de multe ore și poate chiar de câteva zile pentru a stabili condițiile anterioare.
Ca alta caracteristică semnificativă fluidele aproape critice pot fi numite mobilitatea lor uimitoare, care poate fi explicată prin sensibilitatea lor gravitațională ridicată. Astfel, în experimentele efectuate în condiții zborul spațial, a fost posibilă identificarea capacității de a iniția mișcări convective foarte vizibile chiar și în neomogenități reziduale ale câmpului termic.
În timpul mișcării fluidelor aproape critice, încep să apară efecte de diferite scări de timp, adesea descrise diverse modele, care a făcut posibilă formarea (odată cu dezvoltarea ideilor despre modelare în acest domeniu) a unei întregi secvențe de modele din ce în ce mai complexe cu o așa-numită structură ierarhică. Deci, în această structură pot fi luate în considerare următoarele:
- modele de convecție a unui fluid incompresibil, ținând cont de diferența de densități doar în forța arhimediană (modelul Oberbeck-Boussinesq, este cel mai frecvent pentru mediile simple lichide și gazoase);
- modele hidrodinamice complete (inclusiv ecuații nestaționare de dinamică și transfer de căldură și luând în considerare proprietățile de compresibilitate și proprietățile termofizice variabile ale mediului) în combinație cu o ecuație de stare presupunând prezența unui punct critic).
În prezent, așadar, putem vorbi despre posibilitatea dezvoltării active a unei noi direcții în mecanica continuumului, cum ar fi hidrodinamica fluidelor aproape critice.
Hidrodinamica unui fluid vâscos
Definiția 1
Vâscozitatea (sau frecarea internă) este o proprietate a lichidelor reale, exprimată în rezistența lor la mișcarea unei părți a lichidului față de alta. În momentul deplasării unor straturi de lichid real în raport cu altele, vor apărea forțe de frecare interioare, direcționate tangenţial la suprafaţa unor astfel de straturi.
Acțiunea unor astfel de forțe se exprimă prin faptul că din partea stratului care se mișcă mai rapid, forța de accelerare are un efect direct asupra stratului care se mișcă mai lentă. În același timp, o forță de frânare își va exercita influența asupra stratului care se mișcă mai rapid din partea stratului cu mișcare mai lentă.
Un fluid ideal (un fluid care elimină proprietatea frecării) este o abstractizare. Vâscozitatea (într-o măsură mai mare sau mai mică) este inerentă tuturor lichidelor reale. Manifestarea vâscozității se exprimă prin faptul că mișcarea care a apărut într-un lichid sau gaz (după eliminarea cauzelor care au provocat-o și a consecințelor acestora) încetează treptat să funcționeze.
DEFINIŢIE
Hidrodinamică se referă la fizica continuumului, studiază legile mișcării și echilibrului lichidelor și gazelor.
Descrie interacțiunea unui lichid (gaz real) cu suprafețele în mișcare și staționare.
Mișcarea lichidelor este fundamental diferită de mișcarea solidelor. În mișcarea sa, un lichid nu poate menține distanța dintre particulele sale neschimbată. Dacă luăm în considerare mișcarea unui volum elementar de lichid, atunci aceasta poate fi reprezentată ca suma a trei mișcări: mișcarea de translație și rotație a întregului volum de lichid în ansamblu și mișcarea. particule diferite a volumului luat în considerare unul în raport cu celălalt. La deplasarea unui fluid, trebuie luate în considerare forțele de masă și forțele de frecare (vâscozitate).
Probleme de hidrodinamică
Un fluid în mișcare este de obicei caracterizat de doi parametri: viteza curgerii () și presiunea hidrodinamică (). În consecință, principalele probleme ale hidrodinamicii includ determinarea acestor parametri cu un sistem cunoscut de forțe externe care acționează.
În procesul de mișcare a fluidelor, ele sunt capabile să se schimbe în funcție de timp și punct din spațiu. În acest caz, se disting două tipuri de mișcare a fluidului: constantă și instabilă.
Mișcarea în care și sunt constante în timp pentru orice punct al fluidului din spațiu și sunt o funcție a coordonatelor se numește constantă. În debitul instabil, viteza și presiunea sunt funcții atât ale timpului, cât și ale coordonatelor.
În hidrodinamică se folosește conceptul de particule lichide. Acesta este un volum elementar de lichid alocat condiționat, a cărui modificare a formei poate fi neglijată. Când o particulă de lichid se mișcă, ea descrie o curbă, care se numește traiectorie.
Fluxul de fluid este o masă de fluid în mișcare care este limitată complet sau parțial la suprafețe. Aceste suprafețe pot fi formate de lichidul însuși la limita de fază sau pot fi solide. Limitele de curgere sunt pereții unei țevi, canal, suprafața în jurul căreia curge lichidul, suprafața deschisă a lichidului.
Compresibilitatea scăzută a unui lichid permite în multe cazuri neglijarea completă a modificării volumului acestuia. Apoi vorbesc despre un fluid incompresibil. Aceasta este o idealizare care este adesea folosită. Ei spun că un fluid incompresibil este cazul limită al unui fluid compresibil, când compresiile infinit de mici sunt suficiente pentru a obține presiuni infinit de mari.
Un fluid în care nu apar forțe interne de frecare în timpul oricărei mișcări se numește ideal. Cu alte cuvinte, într-un lichid ideal există doar forțe normale de presiune, care sunt determinate în mod unic de gradul de compresie și temperatura lichidului. Modelul ideal de fluid este utilizat atunci când rata de modificare a deformațiilor în fluid este mică.
Mărimea fizică, care este determinată de forța normală cu care acționează lichidul pe unitatea de suprafață, se numește presiune ():
Presiunea la echilibrul fluidului respectă legea lui Pascal:
Presiunea în orice punct al unui fluid în repaus este aceeași în toate direcțiile. Presiunea este transmisă în mod egal pe întregul volum pe care îl ocupă lichidul.
Forța de presiune asupra straturilor inferioare ale lichidului este mai mare decât pe cele superioare. Ca urmare, un corp scufundat într-un lichid (gaz) este supus unei forțe de plutire numită forța lui Arhimede ():
unde este densitatea lichidului; - volumul unui corp scufundat într-un lichid.
Într-o stare de echilibru a unui lichid (gaz), presiunea () se modifică în funcție de densitate (și temperatură () și este determinată în mod unic de acestea. Relația:
într-o stare de echilibru se numește ecuația de stare.
Ecuații de bază ale echilibrului și mișcării fluidelor
Forțele care acționează într-un lichid sunt de obicei împărțite în masă (volum) și suprafață. Un exemplu de forțe de masă este gravitația. Să notăm densitatea volumetrică a forțelor de masă. Forțele de suprafață sunt forțe care acționează asupra fiecărui volum de lichid din cauza tensiunilor normale și de forfecare care acționează pe suprafața acestuia din părțile învecinate ale lichidului.
Ecuația de bază a hidrostaticei este expresia:
Ecuația (4) arată că atunci când un lichid este în echilibru, densitatea forței care acționează asupra unei unități de volum de lichid ( este gradientul funcției scalare. Aceasta este o condiție necesară și suficientă pentru conservatorismul densității forței. Se dovedește că pentru ca lichidul să fie în echilibru, este necesar ca câmpul de forțe în care se află lichidul să fie conservator În câmpurile de forțe neconservative, echilibrul nu este posibil.
În formă de coordonate, scriem formula (4) ca:
Ecuația de bază a hidrodinamicii unui fluid ideal este expresia:
unde este accelerația fluidului în punctul luat în considerare. Ecuația (6) se numește ecuația lui Euler.
Ecuația Bernoulli a fost obținută de fizicianul elvețian D. Bernoulli în 1738. Aceasta este o expresie a legii conservării energiei privind curgerea constantă a unui fluid ideal:
Unde - presiune statica- presiunea fluidului pe suprafața corpului în jurul căruia curge; — presiune dinamică; — presiune hidrostatică; — înălțimea coloanei de lichid.
Grafic, mișcarea unui fluid este reprezentată folosind linii de curgere. Ele sunt efectuate astfel încât tangentele la ele să coincidă în direcția cu vectorul viteză în punctele corespunzătoare din spațiu. Lichid, delimitate de linii Curentul se numește tub de curent. În timpul curgerii staționare a fluidului, forma și locația liniilor de curgere nu se modifică.
Mișcarea unui fluid incompresibil respectă ecuația de continuitate, care este scrisă astfel:
Și - secțiuni ale tubului curent.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercita | Notaţi ecuaţia echilibrului fluidului în cazurile: a) când nu există forţe de masă; b) lichidul se află într-un câmp gravitațional. Explicați ce rezultă din ecuațiile scrise? |
| Soluţie | a) Dacă forțele de masă sunt zero (), atunci scriem ecuația hidrostatică ca:
Prin urmare, la echilibru, presiunea este aceeași pe întregul volum al lichidului. b) Dacă lichidul se află într-un câmp gravitațional, atunci . Să direcționăm axa Z vertical în sus. Atunci ecuațiile de echilibru de bază pot fi scrise astfel: Din ecuațiile (1.2) rezultă că în echilibrul mecanic presiunea nu depinde de coordonatele x, y. Ea rămâne constantă în orice plan orizontal. Planurile orizontale sunt plane de presiune egală. Astfel, suprafața liberă a lichidului este orizontală, deoarece este sub constantă presiunea atmosferică. Din a treia ecuație a sistemului (1.2) rezultă că pentru echilibrul mecanic este necesar ca acesta să fie o funcție numai a . Dacă dependența de accelerație cădere liberă neglijează latitudinea și longitudinea, atunci densitatea variază doar cu altitudinea. Și din ecuația de stare: rezultă că în echilibrul mecanic presiunea, temperatura și densitatea lichidului depind doar de și nu pot depinde. |
2. Hidrodinamica si procese hidrodinamice
2.1. Proprietățile fizice ale lichidelor și gazelor
În mecanica fluidelor, se obișnuiește să se combine lichide, gaze și vapori sub un singur nume - lichide. Acest lucru se datorează faptului că legile mișcării lichidelor și gazelor (vaporilor) sunt aceleași dacă viteza lor este semnificativ mai mică decât viteza sunetului. Lichide sunt toate substanțele care prezintă fluiditate atunci când li se aplică cele mai mici forțe tăietoare.
La derivarea legilor de bază în mecanica fluidelor, se introduce și conceptul de fluid ideal, care, spre deosebire de un fluid real (vâscos), este absolut incompresibil sub influența presiunii, nu modifică densitatea la schimbarea temperaturii și nu are viscozitate.
Masa de lichid conținută într-o unitate de volum V, reprezintă densitate corp
Se numește inversul densității și reprezentând volumul ocupat de o unitate de masă volum specific:
.
Se numește greutatea unei unități de volum de lichid greutate specifică:
.
Greutatea specifică a unui lichid și densitatea acestuia sunt legate prin relație
.
Densitatea, volumul specific și greutate specifică sunt printre cele mai importante caracteristici ale lichidelor.
Lichidele reale sunt împărțite în picături și elastice. Picurare lichidele sunt incompresibile și au un coeficient scăzut de dilatare volumetrică. Volum elastic lichidele se modifică odată cu schimbările de temperatură și presiune (gaze, vapori). În majoritatea problemelor tehnice, se presupune că gazele sunt ideale. Starea unui gaz ideal este descrisă de ecuația Clapeyron-Mendeleev
,
Unde 
– constanta universală de gaz egală cu 8314 J/(kmol K).
Această ecuație poate fi scrisă pentru a calcula densitatea gazului
Într-o serie de probleme, este necesar să se țină cont și de starea lichidelor. Pentru procesele izoentropice într-un lichid, poate fi utilizată ecuația Theta
,
Unde 
– presiunea de interacțiune moleculară; n–
coeficient în funcţie de proprietăţile lichidelor. Pentru apă 
3,210 8 Pa, n 7.15.
În funcție de temperatură și presiune, o substanță poate fi în trei stări de agregare: solidă, lichidă și gazoasă. În solide, moleculele sunt interconectate și aranjate în într-o anumită ordineși efectuează numai mișcare oscilatorie termică. Probabilitatea de a părăsi locul ocupat de o moleculă (atom) este mică. Prin urmare, solidele își păstrează forma și volumul dat.
În lichide, mișcarea termică a moleculelor este semnificativ mai mare, unele molecule primesc suficientă energie de excitare și își părăsesc locurile. Prin urmare, într-un lichid, moleculele se mișcă pe tot volumul, dar energia lor cinetică rămâne insuficientă pentru a părăsi lichidul. În acest sens, lichidele își păstrează volumul.
În gaze, mișcarea termică este și mai mare; moleculele sunt atât de îndepărtate încât interacțiunea dintre ele devine insuficientă pentru a le menține la o anumită distanță, adică. gazul are capacitatea de a se extinde la infinit.
Amestecarea liberă a moleculelor în lichide și gaze duce la schimbarea formei acestora atunci când se aplică o forță arbitrar mică. Acest fenomen se numește fluiditate. Lichidele și gazele iau forma recipientului în care sunt conținute.
Ca rezultat al mișcării haotice a moleculelor dintr-un gaz, acestea suferă ciocniri. Procesul de ciocnire a moleculelor este caracterizat de diametrul efectiv al moleculelor, care este înțeles ca distanța minimă dintre centrele moleculelor atunci când acestea se apropie unul de celălalt. Distanța pe care o parcurge o moleculă între ciocniri se numește calea liberă a moleculei.
Ca urmare a transferului de impuls în timpul tranziției moleculelor care se deplasează în straturi cu la viteze diferite, între aceste straturi ia naștere o forță tangențială. Proprietatea unui lichid sau gaz de a rezista forțelor de forfecare se numește viscozitate.
Să plasăm placa 1 într-un mediu lichid la o anumită distanță de perete (Fig. 2.1).
Lăsați placa să se miște în raport cu peretele 2 cu viteză w. Deoarece lichidul va fi antrenat de placă, se va stabili un flux de lichid strat cu strat în gol, cu viteze variind de la 0 la w. Să selectăm un strat de grosime în lichid dy. Evident, vitezele suprafețelor inferioare și superioare ale stratului vor diferi ca grosime prin dw. Ca rezultat al mișcării termice, moleculele se deplasează continuu din stratul inferior în stratul superior și înapoi. Deoarece vitezele lor sunt diferite, impulsul lor este, de asemenea, diferit. Dar, deplasându-se de la strat la strat, ele trebuie să preia cantitatea de mișcare caracteristică unui strat dat, adică. Va exista o schimbare continuă a impulsului, care va da naștere la o forță tangenţială între straturi.
Să notăm prin dT forță tangențială care acționează pe suprafața unui strat cu o zonă dF, Apoi
Experiența arată că forța tangențială T, care trebuie aplicat pentru schimbare, cu atât este mai mare cu atât gradientul de viteză este mai mare 
, care caracterizează schimbarea vitezei pe unitatea de distanță de-a lungul normalei dintre straturi. Mai mult, puterea T proporțional cu aria de contact F straturi, adică
.
În această formă ecuația exprimă Legea frecării interne a lui Newton, conform căruia efortul de frecare internă care apare între straturile de lichid pe măsură ce curge este direct proporțional cu gradientul de viteză.
Semnul minus din partea dreaptă a ecuației indică faptul că efortul de forfecare încetinește mișcarea stratului cu o viteză relativ mare.
Factorul de proporționalitate 
în ecuațiile de mai sus se numește coeficient de vâscozitate dinamică.
Dimensiunea SI a coeficientului de vâscozitate dinamică poate fi exprimată ca
Vâscozitatea lichidelor poate fi caracterizată și prin coeficientul de vâscozitate cinematică
.
Vâscozitatea lichidelor în picături scade odată cu creșterea temperaturii, în timp ce cea a gazelor crește. La presiune moderată, vâscozitatea gazelor nu depinde de presiune, însă, pornind de la o anumită presiune, vâscozitatea crește pe măsură ce crește.
Motivele diferitelor dependențe de temperatură pentru gaze și lichide sunt că vâscozitatea gazelor este de natură cinetică moleculară, în timp ce cea a lichidelor cu picături depinde de forțele de aderență dintre molecule.
Într-o serie de procese tehnologice chimice, o picătură de lichid, atunci când se mișcă, intră în contact cu gaz (sau abur) sau cu un alt lichid picătură care este practic nemiscibil cu primul.
Interacțiunea de forță dintre moleculele care se află pe suprafața unui lichid și moleculele situate departe de acesta nu este aceeași. O moleculă situată pe suprafață este într-o stare de forță simetrică partea superioară a câmpului său de forță este forțată să interacționeze cu moleculele situate sub suprafață. Ca rezultat, energia potențială de legare în stratul de suprafață crește, iar stratul în sine este într-o stare mai solicitată. Acest fenomen se numește tensiune superficială.
Energia potențială de legare în stratul de suprafață
,
Unde – coeficient de tensiune superficială; dF– este suprafața unui lichid de ordin dl 2 .
Energie dE poate fi reprezentat ca o forță care lucrează pe cale dl, De aceea
,
.
Astfel, suprafața lichidului este trasă împreună cu forța dZ proporţional cu lungimea pe care operează. Această forță se numește forță de tensiune superficială.
Tensiunea de suprafață se manifestă prin faptul că volumul de lichid eliberat tinde să capete o formă sferică, acest lucru este vizibil mai ales în volume mici - picături. Acțiunea forței de tensiune superficială duce la o creștere a presiunii în interiorul picăturii, direcționată în lichidul normal la suprafața sa.
Tensiunea superficială scade odată cu creșterea temperaturii. Cu magnitudine 
Caracteristicile umezirii materialelor solide prin picături de lichide sunt legate. Udarea are un impact semnificativ asupra condiţiilor hidrodinamice ale proceselor în absorbţie şi dispozitive de rectificare, condensatoare etc.
Tensiunea de suprafață afectează în mod semnificativ dispersia unui lichid în altul, care este nemiscibil cu acesta și, prin urmare, afectează în mod semnificativ condițiile hidrodinamice ale proceselor de extracție a lichidului.
Hidrodinamică
Hidrodinamica este o ramură a hidraulicii care se ocupă cu legile mișcării și interacțiunii fluidului cu suprafețele fixe și în mișcare.
Mișcarea unui lichid este semnificativ diferită de mișcarea unui corp solid. Când un lichid se mișcă, distanța dintre particulele sale nu rămâne constantă. Mișcarea unui volum suficient de mic de lichid poate fi reprezentată ca suma a trei mișcări: mișcare de translație, de rotație a întregului volum, precum și mișcarea diferitelor particule ale volumului unele față de altele. Într-un fluid în mișcare, sunt luate în considerare atât forțele de masă, cât și forțele de frecare (vâscozitatea).
Un fluid în mișcare este caracterizat de doi parametri: viteza de curgere și presiunea hidrodinamică. Sarcina principală a hidrodinamicii este de a determina acești parametri pentru un anumit sistem de forțe externe.
Stabil este o mișcare în care viteza și presiunea în fiecare punct din spațiul ocupat de fluid nu se modifică în timp și sunt funcții doar ale coordonatele sale:
La instabil în mișcare, presiunea și viteza se modifică în fiecare punct nu numai cu modificări ale coordonatelor, ci și în timp:
Sub particulă lichidă în hidrodinamică înțelegem un volum foarte mic de lichid izolat condiționat, a cărui modificare a formei poate fi neglijată. Fiecare particulă de fluid, atunci când se mișcă, descrie o curbă numită traiectoria mișcării .
Sub curgerea fluidului înțelege o masă de fluid în mișcare, limitată complet sau parțial de suprafețe. Interfețele pot fi solide sau formate de lichidul însuși la interfață. Limitele fluxurilor sunt pereții țevilor, canalelor, suprafața deschisă a lichidului, precum și suprafața corpurilor fluidizate de curgere.
Presurizat este mișcarea fluxului în canale închise când secțiunea transversală este complet umplută cu lichid. De exemplu, mișcarea presiunii în conducte. Apare din cauza diferenței de presiune la începutul și la sfârșitul conductei.
Gravitaţie este mișcarea fluidului în canale deschise când curgerea are o suprafață liberă. În acest caz, mișcarea se realizează numai datorită gravitației, adică. în prezența unei pante (mișcarea apei în canale, râuri, tăvi etc.).
Jeturi sunt fluxuri de lichid care curg prin orificii sau duze sub influența presiunii. Jeturile pot fi limitate pe toate părțile de un mediu gazos sau lichid. În primul caz se numesc libere, în al doilea - inundate.
 |
Linia curentă ei numesc o curbă imaginară într-un flux de fluid în mișcare, pentru care vectorii viteză ai fiecărei particule de fluid situate pe ea la un moment dat sunt tangenți la această curbă. Linia de curgere în timpul mișcării constante coincide cu traiectoria particulei. Pentru mișcare instabilă, liniile de curgere nu coincid cu traiectoria. O linie de fluidizare caracterizează direcția de mișcare a tuturor particulelor situate pe ea la un moment dat, iar traiectoria reprezintă calea parcursă de o particulă de-a lungul unui timp.
Dacă într-un flux de fluid în mișcare selectăm o zonă elementară delimitată de un contur și trasăm linii de curgere prin toate punctele sale, atunci o suprafață tubulară numită tub de curent , iar lichidul care se deplasează în interiorul tubului de curent se numește un firicel elementar . Secțiunea transversală situată normal cu liniile de curgere se numește secțiune transversală în direct a fluxului elementar.
LA– circuit de curent
Un flux elementar cu mișcare constantă are următoarele proprietăți:
Forma și orientarea sa în spațiu rămân neschimbate în timp;
Suprafata laterala fluxul este impermeabil la lichid, adică nici o particulă de lichid nu poate pătrunde sau scăpa prin pereții laterali tuburi de curent;
Datorită dimensiunii mici a secțiunii transversale vii a fluxului, viteza și presiunea în toate punctele secțiunii transversale ar trebui considerate la fel. Cu toate acestea, de-a lungul fluxurilor, valorile vitezei și presiunii se pot schimba în general.
Secțiune transversală a fluxului viu F numită aria secțiunii transversale perpendiculară pe direcția liniei curentului și limitată de conturul său exterior. Aria secțiunii transversale vii a fluxului este egală cu suma ariilor secțiunilor transversale vii ale fluxurilor elementare.
Perimetrul curgerii umede P este lungimea conturului secțiunii active de-a lungul căreia lichidul intră în contact cu pereții care îl delimitează.
În timpul mișcării sub presiune a lichidului, perimetrul umezit P coincide cu perimetrul geometric pg, nu se potrivește când curge liber.
Raza hidraulică R g este raportul dintre suprafața secțiunii transversale vii și perimetrul umezit:
Raza geometrică și raza hidraulică sunt concepte complet diferite, chiar și în cazul mișcării sub presiune a lichidului într-o țeavă rotundă. De exemplu, pentru o țeavă cu un diametru d rază geometrică și hidraulică 
.
La calcule hidraulice conceptul este adesea folosit diametru echivalent
: 
Debitul este cantitatea de lichid care curge prin secțiunea de curgere pe unitatea de timp. Există volumetrice Q, masa M si greutate G costurile fluidelor. Sunt interconectate:
Pentru un flux elementar, debitul elementar este determinat de formula:
Unde dF este aria secțiunii transversale vie a unui pârâu elementar.
Viteza fluidului in diverse puncte secțiunea transversală în direct a fluxului este diferită, iar legea exactă a modificării vitezei de-a lungul secțiunii transversale nu este întotdeauna cunoscută, prin urmare, pentru a simplifica calculele, se introduce conceptul de viteză medie pentru secțiunea transversală în direct, apoi: 
.
Viteza medie– viteza de curgere fictivă, care este considerată aceeași pentru toate particulele unei anumite secțiuni transversale și este selectată astfel încât debitul determinat din valoarea sa să fie egal cu debitul adevărat.
Mișcarea constantă este caracterizată printr-un flux constant în timp. Se face o distincție între mișcarea constantă uniformă și neuniformă.
Mișcare uniformă și constantă Aceasta este mișcarea unui fluid în care viteza medie și zonele de secțiune transversală ale fluxului nu se modifică de-a lungul lungimii sale, de exemplu, mișcarea stabilită într-o țeavă cilindrică într-un canal prismatic.
Mișcare neuniformă și constantă Aceasta se numește o mișcare în care viteza medie și aria secțiunilor transversale vii ale fluxului se modifică de-a lungul lungimii sale, de exemplu, mișcarea într-o țeavă cu secțiune transversală variabilă, mișcarea în canale deschise în prezența unui structura de compartimentare.
Fenomene care au loc în realitate dispozitive hidraulice, sunt complexe, prin urmare procesele sunt descrise folosind modele fluide simplificate cu diferite grade de idealizare. Dacă este necesar, rezultatele obținute sunt clarificate. În hidrodinamică, sunt utilizate patru modele de fluide:
Ideal (inviscid) și incompresibil, cel mai dur și model simplu lichide când V=0Și ;
Real (vâscos) și incompresibil, care ia în considerare pierderile de energie datorate frecării și este utilizat în studiile caracteristicilor statice și energetice ale elementelor;
Ideal (nevâscos) și compresibil, permițând să luăm în considerare procesele dinamice într-o primă aproximare cu dificultăți minime;
Real (vâscos) și compresibil, care reflectă cel mai pe deplin realitatea, utilizat într-un studiu detaliat al proceselor dinamice.
