|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Гидродинамика | Гидродинамика (далее Г) (от гидро... и динамика), раздел гидромеханики, в котором изучаются движение несжимаемых жидкостей и взаимодействие их с твердыми телами. Методами Г можно исследовать также движение газов, если скорость этого движения значительно меньше скорости звука в рассматриваемом газе. При скорости движения газа, близкой к скорости звука или превышающей ее, начинает играть заметную роль сжимаемость газа и методы Г уже неприменимы. Такое движение газа исследуется в газовой динамике.
При решении той или иной задачи в Г применяют основные законы и методы механики и, учитывая общие свойства жидкостей, получают решение, позволяющее определить скорость, давление и касательную напряжения в любой точке занятого жидкостью пространства. Это дает возможность рассчитать, в частности, и силы взаимодействия между жидкостью и твердым телом. Главными свойствами жидкости, с точки зрения Г, являются ее легкая подвижность, или текучесть, выражающаяся в малом сопротивлении жидкости деформациям сдвига, и сплошность (в Г жидкость считается непрерывной однородной средой); кроме того, в Г принимается, что жидкости не сопротивляются растяжению.
Основные уравнения Г получаются путем применения общих законов физики к элементарной массе, выделенной в жидкости, с последующим переходом к пределу при стремлении к нулю объема, занимаемого этой массой. Одно из уравнений, называемое неразрывности уравнением, получается путем применения к элементу, выделенному в жидкости, закона сохранения массы: другое уравнение (или в проекциях на оси координат — три уравнения) получается в результате применения к элементу жидкости закона о количестве движения, согласно которому изменение количества движения элемента должно совпадать по величине и направлению с импульсом силы, приложенной к нему. Решение общих уравнений Г исключительно сложно и может быть доведено до конца не всегда, а только в небольшом числе частных случаев. Поэтому приходится упрощать задачи путем отбрасывания в уравнениях членов, которые в данных условиях имеют менее существенные значение для определения характера течения. Например, в ряде случаев можно с достаточной для практики точностью описать реально наблюдаемое течение, пренебрегая вязкостью жидкости; т. о., приходят к теории идеальной жидкости, которую можно применять для решения многих гидродинамических задач. В случае движения жидкостей с весьма большой вязкостью (густые масла и т.п.) величина скорости течения изменяется незначительно и можно пренебречь ускорением. Это приводит к др. приближенному решению задач Г
В Г идеальной жидкости особенно важное значение имеет Бернулли уравнение, согласно которому вдоль струйки жидкости имеет место следующее соотношение между давлением р, скоростью v течения жидкости (с плотностью r) и высотой z над плоскостью отсчета p + 1/2rv2 + rgz = const. (g — ускорение свободного падения). Это уравнение является основным в гидравлике.
Анализ уравнений движения вязкой жидкости показал, что для геометрически и механически подобных течений (см. Подобия теория) величина rvl/m= должна быть постоянной (l — характерный для задачи линейный размер, например радиус обтекаемого тела или сечения трубы и т.п., r, v и m — соответственно плотность, скорость, коэффициент вязкости жидкости). Эта величина называется Рейнольдса числом и определяет режим движения вязкой жидкости: при малых значениях (для трубопроводов при = vcpd/n £ 2300, где d — диаметр трубопровода, n = m/r) имеет место слоистое, или ламинарное течение, при больших значениях струйки размываются и в жидкости происходит хаотическое перемешивание отдельных масс; это т. н. турбулентное течение.
Решение основных уравнений Г вязкой жидкости оказалось возможным найти только для крайних случаев — для очень малых, что соответствует (при обычных размерах) большой вязкости, и для очень больших, что соответствует течениям жидкостей с малой вязкостью. В ряде технических вопросов особо важны задачи о течениях жидкостей с малой вязкостью (вода, воздух). В этом случае уравнения Г можно значительно упростить, выделив слой жидкости, непосредственно прилегающий к поверхности обтекаемого тела, в котором вязкостью пренебречь нельзя; этот слой называется пограничным слоем. За пределами пограничного слоя жидкость может рассматриваться как идеальная. Для характеристики движений жидкости, в которых основную роль играет сила тяжести (например, волны, образующиеся на поверхности воды при ветре, прохождении корабля и т.д.), в Г вводится др. безразмерная величина v2/gl = , называемая числом Фруда.
Практические применения Г чрезвычайно разнообразны. Г пользуются при проектировании кораблей и самолетов, расчете трубопроводов, насосов, гидротурбин и водосливных плотин, при исследовании морских течений и речных наносов, изучении фильтрации грунтовых вод и нефти в подземных месторождениях и т.п. Об истории Г см. в ст. Гидроаэромеханика.
Лит.: Прандтль Л.. Гидроаэромеханика, пер. с нем., М., 1949. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
