Темп потока и скорость

Физика > Темп потока и скорость

Скорость потока и объемная скорость выступают значительными величинами в динамике жидкости. Их применяют для количественной характеристики движения жидкости. Они взаимосвязаны.

Задача обучения

• Исследовать значение объемного потока и скорости.

Основные пункты

• • Скорость потока – векторная величина, с помощью которой описывают перемещение жидкости. Она легко вычисляется в ламинарном потоке, но в турбулентном возникают сложности.
  • Объемный расход – объем жидкости, перемещающейся через конкретную поверхность за временной промежуток. Вычисляется по скорости потока и поверхностной площади.

• Анализ потока жидкости сквозь замкнутую гидравлическую систему осуществляется так же, как и поток электронов в электронной схеме. Объемный расход приравнивается к току, скорость потока – к плотности тока, а давление – к напряжению.

Термины

• Ламинарный поток – лишенное турбулентности перемещение жидкости, где в двух параллельных слоях наблюдается разная скорость.
• Турбулентный поток – перемещение жидкости с локальными скоростью и давлением, колеблющихся случайным образом.

Динамика жидкости (гидродинамика) – изучение жидкостей в процессе перемещения. У движущейся есть скорость, из-за чего позиция меняется в определенную единицу времени. Скорость отображает производную вектора положения жидкости по времени, поэтому она сама выступает векторной величиной.

Вектор скорости потока – функция позиции. Если скорость жидкости лишена стабильности, то она также выступает временной функцией. В первом уравнении можно проследить математическое выражение скорости перемещения жидкости. Скорость должна обладать хотя бы одним нулевым направленным компонентом и максимум тремя ненаправленными.

Турбулентный и ламинарный потоки

На скорость жидкости способны повлиять давление, вязкость и площадь поперечного сечения емкости, где перемещается жидкость. Также воздействие оказывают характер потока текучей среды: ламинарный и турбулентный. Если мы столкнулись со вторым вариантом, то вычислить скорость крайне трудно. Но в ламинарном все гораздо проще и используется закон Пуазейля. В качестве единиц используют метры на секунды. Скорость потока дает полноценную характеристику передвижения жидкости.

Объемный расход

Это важная величина при характеристике гидродинамики. Речь идет об объеме жидкости, перемещающейся по конкретной поверхности в определенный временной промежуток. В математике выступает производной объема жидкости (метры на секунду). Когда поверхностная площадь отображает плоское поперечное сечение, поверхностный интеграл уменьшается.

Интересно, что только часть скорости потока, параллельная поверхности, влияет на объемный расход. Первый рисунок и второе уравнение демонстрируют позицию вектора скорости потока, создавая угол θ по отношению к нормальной поверхности. Это помогает вычислить объемный расход через конкретную поверхность.

Получается, что объемный расход растет с падением θ и достигает максимума при θ = 0. Объемный расход – важная скалярная величина в гидродинамике и активно применяется в расчетах расхода текучей среды. Ее можно трансформировать в массовый расход, если вы владеете плотностью жидкости.

Поток жидкости сквозь замкнутую систему часто анализируется как гидравлическая, сопоставленная с электронным потоком, где объемный поток приравнивается к электрическому току, давление – к напряжению, а скорость – к плотности тока.

---