Кинематика жидкости
Классификация движений жидкостей
На уровне физически бесконечно малых объёмов выделяют три вида движения жидкости: поступательное, вращательное и деформационное.
Из этого следует, что движение жидкости отличается от движения твёрдого тела наличием деформационного движения, вызванного изменением формы (деформацией) элементарных объёмов жидкости при движении.
Таким образом, жидкие частицы, двигаясь поступательно, одновременно вращаются и деформируются.
Если гидромеханические величины 
, P, 
, 
в каждой точке рассматриваемого объёма не зависят от времени, такое движение называется стационарным или установившимся.
В противном случае движение называется нестационарным (неустановившимся).
Кроме упомянутых выше, существуют и другие классификации движений, из которых для данного курса наиболее важным является подразделение движений на ламинарное и турбулентное.
При таком подразделении движений рассматривается течение макрообъёмов жидкостей.
Ламинарное течение характеризуется строго упорядоченным перемещением слоёв жидкостей параллельно друг другу в направлении течения. Ламинарное движение характерно для вязких жидкостей и движения разных жидкостей в тонких слоях и каналах (капиллярах). Оно имеет место также при обтекании жидкостью тел малых размеров.
Жидкость также движется ламинарно в слоях, расположенных близко к твёрдым поверхностям, хотя вдали от этих поверхностей ламинарного течения не наблюдается (поток турбулентный).
Ламинарное течение гидродинамически неустойчиво. При потере устойчивости оно переходит в турбулентное.
В отличие от ламинарного, турбулентное течение неупорядоченно. В турбулентных потоках образуются многочисленные вихри разных размеров, нестационарно перемещающиеся по сложным траекториям.
Вследствие этого наблюдаются хаотические флуктуации гидромеханических величин (скорости, давления, плотности).
В природе и технике жидкости в основном текут турбулентно (вода в реках и океанах, воздух в атмосфере, жидкости в трубах и каналах, в струях). Хаотически перемещающиеся вихри вызывают интенсивное перемешивание по поперечному сечению потока, что приводит к ускорению переноса импульса тепла и массы, поэтому турбулентное течение характерно для теплообменных и массообменных процессов.
Переход ламинарного течения в турбулентное характеризуется определенным (критическим) значением безразмерного комплекса величин, называемым критерием (числом) Рейнольдса, определяемым по формуле
(5)
где: 
и 
- характерные величины скорости и длины в рассматриваемом течении.
При течении в трубах и каналах, характерными величинами являются средняя скорость в поперечном сечении трубы (канала) и эквивалентный диаметр ( d э).
(6)
Эквивалентный диаметр канала определяется по формуле
(7)
где: S – площадь поперечного сечения потока в канале, м2
П -смоченный периметр канала, м.
Формула показывает, что эквивалентный диаметр канала равен диаметру виртуального круга, имеющего те же значения S и П.
Иногда в качестве характерного размера используют так называемый гидравлический радиус
(8)
Экспериментальное критическое значение числа Рейнольдса, соответствующее переходу ламинарного течения в турбулентное в прямых круглых трубах при наибольшей возможной возмущенности течения у входа в трубу:
Re кр = 2300
При уменьшении возмущенности течения на входе можно добиться увеличения Re кр до 50 000.
В технике течение в трубах считается устойчивым ламинарным при Re < 2300.
В области 2300 < Re < 10 000движение является неустойчивым турбулентным и при Re ³ 10 000 течение устойчивое турбулентное.
ПОЛЕ СКОРОСТЕЙ
В технической гидромеханике для описания движения жидкости используется метод Эйлера, согласно которому анализируется изменение гидромеханических величин в неподвижных точках пространства с течением времени. При этом рассматривается перемещение жидкой частицы за время dt на расстояния dx, dy, dz. В конечном итоге задачей кинематики и гидродинамики по методу Эйлера является определение функций:
, 
, 
(9)
Иначе говоря, определяется векторное поле скоростей и скалярные поля давления и плотности.
При анализе течения жидкости используют понятие линии тока, которая представляет собой линию в области движения жидкости, касательная к которой в каждой точке в данный момент времени совпадает с направлением скорости.
Для установившегося движения линии тока совпадают с траекториями движения частиц, которые определяются из системы уравнений:
, 
, 
(10)
где 
– компоненты вектора скорости .
При неустановившемся движении компоненты скорости будут зависеть также от времени. В этом случае линии тока совпадают с траекториями в том случае, если направление скорости постоянно во времени.
ГИДРОДИНАМИКА.