Виды движения (течения) жидкости

По характеру изменения скоростей во времени движение жидкости бывает установившееся и неустановившееся.

Неустановившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени изменяются, т.е. v и P зависят не только от координат точки в потоке, но и от момента времени, в который определяются характеристики движения т.е.:

Примером неустановившегося движения может являться вытекание жидкости из опорожняющегося сосуда, при котором уровень жидкости в сосуде постепенно меняется (уменьшается) по мере вытекания жидкости.

Установившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени не изменяются, т.е. v и P зависят только от координат точки в потоке, но не зависят от момента времени, в который определяются характеристики движения:

следовательно

Пример установившегося движения - вытекание жидкости из сосуда с постоянным уровнем, который не меняется (остаётся постоянным) по мере вытекания жидкости.

В случае установившегося течения в процессе движения любая частица, попадая в заданное, относительно твёрдых стенок, место потока, всегда имеет одинаковые параметры движения. Следовательно, каждая частица движется по определённой траектории.

Траекторией называется путь, проходимый данной частицей жидкости в пространстве за определенный промежуток времени.

При установившемся движении форма траекторий не изменяется во время движения. В случае неустановившегося движения величины направления и скорости движения любой частицы жидкости непрерывно изменяются, следовательно, и траектории движения частиц в этом случае также постоянно изменяются во времени.

Поэтому для рассмотрения картины движения, образующейся в каждый момент времени, применяется понятие линии тока.

Линия тока – это кривая, проведенная в движущейся жидкости в данный момент времени так, что в каждой точке векторы скорости vi совпадают с касательными к этой кривой.

Рисунок

5.1 Линия тока

Нужно различать траекторию и линию тока. Траектория характеризует путь, проходимый одной определенной частицей, а линия тока направление движения в данный момент времени каждой частицы жидкости, лежащей на ней.

При установившемся движении линии тока совпадают с траекториями частиц жидкости. При неустановившемся движении они не совпадают, и каждая частица жидкости лишь один момент времени находится на линии тока, которая сама существует лишь в это мгновение. В следующий момент  возникают другие линии тока, на которых будут располагаться другие частицы. Еще через мгновение картина опять меняется.

Рисунок

5.2 Трубка тока

Если выделить в движущейся жидкости элементарный замкнутый контур площадью dS и через все точки этого контура провести линии тока, то получится трубчатая поверхность, которую называют трубкой тока. Часть потока, ограниченная поверхностью трубки тока, называется элементарной струйкой жидкости. Таким образом, элементарная струйка жидкости заполняет трубку тока и ограничена линиями тока, проходящими через точки выделенного контура с площадью . Если  устремить к 0, то элементарная струйка превратится в линию тока.

Равномерное движение характеризуется тем, что скорости, форма и площадь сечения потока не изменяются по длине потока.

Установившееся движение подразделяется на равномерное и неравномерное.

Неравномерное движение отличается изменением скоростей, глубин, площадей сечений потока по его длине.

Среди неравномерно движущихся потоков плавно изменяющиеся движения, характеризующееся тем, что:

- линии тока искривляются мало;

- линии тока почти параллельны, и живое сечение можно считать плоским;

- давления в живом сечении потока зависят от глубины.

Совокупность элементарных струек жидкости представляет собой поток жидкости.