Химическая технология/Гидромеханические процессы

Как мы говорили ранее, этот гидромеханические процессы напрямую связаны с движением жидкостей и газов. Эта глава будет рассказывать о законах гидромеханики. Практическим применением гидромеханики является гидравлика, которая состоит из двух разделов: гидростатика (подобно статике, рассмотрение тел в состоянии покоя) и гидродинамика (подобно динамике, рассмотрение тел в состоянии движения)

О телах и их свойствах

Несмотря на различие газов и жидкостей, законы гидромеханики для них обоих оказываются справдлевыми.

Также, в гидравлике вводят два понятия:

• Идеальная жидкость - упрощенная модель для жидкости: при движении, плотность постоянна, а трение отдельный частей жидкости не учитывается
• Реальная жидкость - реальная, но более сложная модель для жидкости: плотность в процессе течения может изменяться из-за, например, изменения температуры, а также учитывается трение ее частей.

Конечно же, в процессе течения жидкости, ее свойства могут как менятся(например, если рассматривать водопад - скорость меняется), так и оказываться постоянными (например, если рассматривать трубу в доме - ее скорость оказывается, в целом, постоянной). Тогда можно сформулировать еще два определения, касательно движения жидкости:

• Установившееся джижение - движение, при котором свойства жидкости оказываются постоянными, то есть независящие от времени.
• Неустановившееся движение - движение, при котором свойства жидкости меняются со временем

Свойства жидкостей и газов

И так, рассмотрим некоторые свойства. Конечно, же главными свойствами жидкости являются скорость (будем обозначать w) и плотность (ρ).

Для скорости мы можем записать такое уравнение: $w=w(x,y,z)$ где x,y,z - координаты точки, в которой мы рассматриваем жидкость. Если же у нас неустановившееся движение, то тогда скорость будет зависеть и от времени: $w=w(x,y,z,\tau )$, где τ - время

Аналогичные уравнения можно записать и для давления: $p=p(x,y,z)$для установившегося и $p=p(x,y,z,\tau )$для не установившегося

В технологическах расчетах часто важным оказывается так называемый расход - массовая или объемная величина в единицу времени. Есть массовый расход (масса жидкости протекающее за единицу времени) и объемный расход (объем жидкости протекающий за единицу времени). Массовый обозначают как G (в СИ, кг/с), а объемный - V, иногда Mc (в СИ, м³/с).

В гидромеханике есть уравнение, которое позволяет легко находить расходы - уравнение неразрывности потока (или уравнение сплошности):

$G_{1}=G_{2}=G_{3}=const$

То есть, вне зависимости от изменения сечения трубы, массовый расход остается постоянным.

Мы можем вывести из массового расхода объемный расход и скорость:

$G=V\rho =wf\rho$, где f - площадь сечения трубы

Вспомнив, что у идеальной жидкости плотность постоянна, то можно переписать уравнение неразрывности потока:

$w_{1}f_{1}=w_{2}f_{2}=w_{3}f_{3}=const$