Найти в Дзене
Гидравлика & bim

Павловские чтения: эпюра скоростей живого сечения.

Напомню: мы читаем книгу проф. Павловского "Гидравлика". Я на руках имею книгу 1928г, но в статьях использую скан издания 1930 года.
В предыдущих сериях:
1. Павловские чтения: дифференциальные уравнения равновесия жидкости.
2. Павловские чтения: давление на плоские фигуры.
3. Павловские чтения: дифференциальные уравнения гидродинамики.
4. Павловские чтения: уравнение Бернулли. (путь Эйлера)
5. Павловские чтения: уравнение Бернулли. Закон живых сил.
6. Павловские чтения: скоростной напор водного потока.
7. Павловские чтения: гидравлический уклон.
8. Павловские чтения: живое сечение.
А в этой статью я позволю себе построить по-своему, а в довесок приведу фотографии главы издания 1928г.
Мы познакомимся с распределением скоростей потока по сечению. Для успешного освоения данной темы крайне рекомендую освежить в памяти понятие двойного интеграла. Для этого я подготовил статью на базе книги Будака и Фомина "Кратные интегралы". Давайте сразу откроем книгу и прочитаем вводную мысль Выше мы

Напомню: мы читаем книгу проф. Павловского "Гидравлика". Я на руках имею книгу 1928г, но в статьях использую скан издания 1930 года.
В предыдущих сериях:
1.
Павловские чтения: дифференциальные уравнения равновесия жидкости.
2.
Павловские чтения: давление на плоские фигуры.
3.
Павловские чтения: дифференциальные уравнения гидродинамики.
4.
Павловские чтения: уравнение Бернулли. (путь Эйлера)
5.
Павловские чтения: уравнение Бернулли. Закон живых сил.
6.
Павловские чтения: скоростной напор водного потока.
7.
Павловские чтения: гидравлический уклон.
8.
Павловские чтения: живое сечение.
А в этой статью я позволю себе построить по-своему, а в довесок приведу фотографии главы издания 1928г.
Мы познакомимся с распределением скоростей потока по сечению. Для успешного освоения данной темы крайне рекомендую освежить в памяти понятие
двойного интеграла. Для этого я подготовил статью на базе книги Будака и Фомина "Кратные интегралы".

Эпюра скоростей живого сечения потока.
Эпюра скоростей живого сечения потока.

Давайте сразу откроем книгу и прочитаем вводную мысль

Павловский 1930г. Средняя скорость в живом сечении.
Павловский 1930г. Средняя скорость в живом сечении.

Выше мы прочитали про среднюю скорость потока в живом сечении. В реальности, скорость потока распределяется неравномерно, и нам надо ввести некоторую функцию, которая распределяет скорости: в стрежне побольше, у краев поменьше.
Поэтому дальше Павловский пишет про аналитическое выражение:

Павловский 1930г. Функция скорости в живом сечении.
Павловский 1930г. Функция скорости в живом сечении.

Давайте посмотрим на типичный график распределения скоростей в сечении. Мы видим нелинейную зависимость по вертикали. Причем у дна скорость резко стремится к нулю.

Павловский 1930г. График вертикального распределения скоростей по сечению.
Павловский 1930г. График вертикального распределения скоростей по сечению.

Давайте в качестве примера попробуем грубо подобрать функцию вертикального распределения скоростей и проинтегрировать. Найдя объем тела эпюры скоростей мы определим расход в сечении.

Объем тела эпюры скоростей.
Объем тела эпюры скоростей.

Решение: так как сечение канала у нас прямоугольное, то порядок обхода области интегрирования очень простой. Это вертикальные линии боковых стенок канала (Y=1,Y=2), по вертикали дно и верх канала (Z=0, Z=2).
- Область интегрирования есть живое сечение потока.
- При переходе к повторному интегралу порядок обхода картины не меняет (так как прямоугольное сечение).

Двойной интеграл по сечению есть объем тела эпюры скоростей.
Двойной интеграл по сечению есть объем тела эпюры скоростей.

Если мы в автокаде выберем МАСС-ХАР, то можем найти объем выдавленного тела и сравнить с расчетным. В моем случае автокад объем показал 7,42, что есть нормально, учитывая что кривую вертикального распределения скоростей потока я строил на глаз по четырем точкам.

МАСС-ХАР объема 3dсолида.
МАСС-ХАР объема 3dсолида.

Ниже я приведу фотографии главы книги издания 1928г, где описан похожий пример, но с более простой линейной функцией. В издании 1930г этот пример уже убрали. На мой взгляд зря.

Гидравлика. Павловский 1928г. стр 123
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 123
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 124-125
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 124-125
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 126-127
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 126-127
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 128-129
Гидравлика. Павловский 1928г. стр 128-129

Я надеюсь, статейка удалась. Несмотря на то, что мы рассматривали очень простую функцию вертикального распределения скоростей (жалкое подобие реальной картины мира), сам механизм как это работает прояснился.

PS. Ставь магарычи и бери хоть все мечи.

Наука
7 млн интересуются