Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Топ:
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Дисциплины:
2017-11-28 | 1070 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Свойство текучести обусловливает постоянное движение воды в природных объектах: внешние и внутренние силы перераспределяют ее во времени и пространстве. Движется и лед, обладающий пластичностью.
Для анализа основных закономерностей движения воды введем некоторые обозначения. Выразим через и скорость течения в любой точке, через v среднюю скорость движения всей массы воды (в слое, потоке и т.д.), причем в общем случае примем, что u=f (x, у, z, t) и v = j(х, t), где х, у, z — пространственные координаты, t — время. Продольную ось х обычно направляют вдоль потока параллельно его поверхности, у — поперек потока, вертикальную ось z — от поверхности ко дну.
Движение воды можно классифицировать по изменению гидравлических характеристик водного потока во времени и в пространстве, по гидродинамическому режиму (ламинарное, турбулентное), по состоянию водной поверхности (спокойное, бурное), а также по действующим физическим силам.
Движение воды считают установившимся (стационарным), если скорость течения во времени не изменяется (dv/dt= 0), и неустановившимся (нестационарным), если скорость течения во времени—величина переменная (dv/dt¹ 0).Установившееся движение, в свою очередь, подразделяют на равномерное, если скорость течения вдоль потока остается неизменной (dv/dx= 0), и неравномерное, если скорость течения вдоль потока изменяется (dv/dx¹ 0). При равномерном движении равна нулю и полная производная скорости (dv/dt= 0).
Выделяют два гидродинамических режима движения воды: ламинарный и турбулентный. Слово «ламинарный» происходит от латинского слова, означающего «слоистый», слово «турбулентный» — от латинского слова, означающего «беспорядочный». И действительно, при ламинарном режиме частицы воды движутся по параллельным траекториям без перемешивания; при турбулентном режиме их движение имеет хаотический характер, в потоке формируются вихри и активизируются процессы перемешивания воды, скорости течения непрерывно изменяются по величине и направлению. Ламинарный режим может переходить в турбулентный при увеличении скорости течения.
|
Гидродинамический режим потока характеризуется безразмерным числом Рейнольдса Re, равным
Re= , (2.8)
где v — средняя скорость течения, м/с; h — глубина потока или толщина слоя воды, м; — кинематический коэффициент вязкости, м2/с; зависящий от характера жидкости и ее температуры (см. разд. 1.3.4).
Критическое значение числа Рейнольдса Reкр, соответствующее переходу от ламинарного к турбулентному режиму, лежит приблизительно в диапазоне от 300 до 3000.
Если фактическое число Рейнольдса в водном потоке больше 3000 —режим турбулентный, меньше 300 — ламинарный, в диапазоне Re от 300 до 3000 — переходный.
В реках, озерах, морях и океанах число Re всегда значительно больше критического значения, и режим движения воды турбулентный. Ламинарный режим характерен для подземных вод в мелкозернистых грунтах (вследствие малых размеров пор и малых скоростей движения воды) и для ледников (вследствие очень большой вязкости льда и очень малых скоростей его движения).
От гидродинамического режима зависит внутреннее трение в потоке и вертикальное распределение скоростей течения.
В ламинарном потоке возникающее между смежными слоями воды внутреннее касательное напряжение (трение на единицу поверхности) зависит от вязкости, которая, в свою очередь, изменяется с изменением температуры, и равно t = m —, где m— динамический коэффициент вязкости (m = p v), du/dz — вертикальный градиент скорости течения. В турбулентном потоке внутреннее касательное напряжение зависит уже не от вязкости воды, а от так называемого коэффициента турбулентного обмена А, характеризующего интенсивность турбулентного перемешивания вод: t = А —, где du/dz — вертикальный градиент осредненной во времени скорости течения. Для определения коэффициента А обычно используют эмпирические зависимости, связывающие его с глубиной, скоростью течения и другими характеристиками потока.
|
В ламинарном потоке вертикальное распределение скоростей течения описывается формулой параболы с горизонтальной осью, расположенной на поверхности потока. Максимальная скорость находится на поверхности потока, у дна скорость течения равна нулю. Для турбулентного потока исследователи предлагают различные математические выражения для распределения скоростей течения по глубине: логарифмическая кривая, часть эллипса, парабола и т.д. Максимальная скорость во всех этих случаях также находится на поверхности потока. Важно подчеркнуть, что скорость течения в турбулентном потоке (и это подтверждается данными наблюдений) изменяется по вертикали более плавно, чем в ламинарном, причем у дна скорость течения не равна нулю (рис. 2.2).
Этим объясняются размывающее воздействие турбулентных потоков (в отличие от ламинарных) на дно и их способность перемещать частицы наносов по дну. В русловых потоках с турбулентным режимом распределение скоростей течения по вертикали (глубине) близко к кривой 1, в ледниках и подземных водах с ламинарным режимом движения — к кривой 2.
По состоянию водной поверхности потоки делят на спокойные и бурные. Спокойные потоки имеют плавную форму водной поверхности, препятствия обтекаются ими также плавно. Бурные потоки имеют неровную форму водной поверхности со стоячими волнами, в местах препятствий образуются резкие перепады уровня. Для определения состояния потока
(спокойное или бурное) используют безразмерное число Фруда Fr, равное
Fr = , (2.9)
где h —глубина потока, м; g — ускорение свободного падения, м/с2. При числе Fr, равном 1, поток находится в критическом состоянии. Если число Фруда больше 1, то поток бурный, если меньше 1 — спокойный. Бурные потоки характерны для горных рек, спокойные — для равнинных рек и течений в водоемах.
Рис. 2.2. Схема распределения скоростей течения по вертикали в турбулентном (1) и ламинарном (2) потоках |
Нельзя отождествлять бурные и турбулентные, спокойные и ламинарные потоки, так как характеристики этих движений воды качественно различные. Спокойные потоки, например, могут быть как ламинарными, так и турбулентными, бурные — всегда турбулентные.
|
|
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!