1. Физические свойства воды.
• Весомость воды характеризуется ее
плотностью:
M
  , кг/м3 (т/м3)
V
• где М – масса воды, V – занимаемый этой
массой объем.
1
Плотность и удельный вес воды
• Плотность воды  – масса воды,
приходящаяся на единицу ее объема
• Удельный вес воды  = g –сила тяжести
воды, приходящаяся на единицу ее объема
• Плотность и удельный вес пресной воды:
 = 1 т/м3,  = 9,81 кН/м3
• Плотность морской воды зависти от ее
температуры, солености и глубины
(давления)
• На поверхности океана  = 1,000 - 1,028т/м3,
на глубине 11000 м  = 1,076т/м3
2
Вязкость воды
• Вязкость –свойство воды противодействовать
и сопутствовать относительному перемещению
частиц (слоев) воды.
• Вязкость характеризуется коэффициентом
динамической вязкости (динамической
вязкостью)  [мю] измеряется в кГ/(м с),
3
Вязкость воды
• Кинематическая вязкость  [ню] отношение динамической вязкости к
плотности воды
•



м2/с
• Вязкость воды зависит от температуры.
• В расчетах полагают =1,57 м2/с , что
соответствует температуре 40С
4
На движущееся судно со
стороны воды действуют силы
• Эти силы разделяют на составляющие,
каждая из которых определяется либо
вязкостью, либо весомостью воды
• Цели такого разделения:
– Анализ гидродинамических сил,
действующих на судно
– Выполнение практических расчетов
мореходности при проектировании и
эксплуатации судна
5
Режимы течения воды
• В гидромеханике воду считают
состоящей из движущихся жидких
частиц.
• Ламинарное течение: частицы воды
движутся «слоями», перемешивание
частиц между слоями отсутствует.
• Турбулентное течение: частицы
совершают хаотическое движение с
переменными по величине и
направлению скоростями.
7
Режимы течения воды
• Турбулентное течение может быть
безвихревым и вихревым.
• При вихревом движении частицы воды
закручиваются, образуя вихри.
• В реальных условиях движение воды
носит обычно вихревой характер.
8
Гидродинамические давления
• Поверхностные силы, действующие на
частицу воды разлагают на нормальные
и касательные по отношению к
поверхности частицы.
• Поверхностные силы, отнесенные к
величине площади, называют
касательными и нормальными
напряжениями.
9
Гидродинамические давления
Нормальная
сила
Сила, действующая
на частицу
Касательная
сила
Частица воды
10
Гидродинамические давления
• Нормальные сжимающие напряжения
называют гидродинамическими
давлениями.
• Давление в движущейся воде не может
упасть ниже давления насыщенных
паров воды pн
• При достижении давления pн вода
превращается в пар
11
Движение частиц воды в потоке
• При движении частицы воды
соприкасаются друг с другом, с
поверхностью судна, руля, лопастью
винта
• При этом возникает т.н. внутреннее
трение, изменяющее характер потока
12
Понятие о пограничном слое
• При движении судна (руля, лопасти
винта) в воде, за счет внутреннего
трения частицы воды вблизи корпуса
приобретают скорости
• По мере удаления от корпуса скорости
уменьшаются
• Тонкий слой, в котором происходит
взаимодействие судна с потоком воды
называют пограничным слоем
13
Понятие о пограничном слое
Изменение скоростей
частиц воды
Пограничный слой
V
Движущееся судно
14
Понятие о пограничном слое
• Движение воды в пограничном слое
носит вихревой характер.
• За пределами пограничного слоя
движение воды можно считать
безвихревым, или иначе потенциальным
15
Линии тока
• Геометрическое представление о
потоке воды дают линии тока.
• Линией тока называется кривая, каждой
точке которой соответствует
касательная, совпадающая со
скоростью частиц воды в данный
момент
16
Линии тока
V2
V1
V3
Линия тока
Поверхность, образованная линиями тока,
называется поверхностью тока.
17
Поверхность тока, образованная линями тока,
проходящими через замкнутый контур,
называется трубкой тока.
Трубка тока
18
Принцип обращения движения
• При изучении движения судна с постоянной
по величине и направлению скоростью
используется принцип обращения движения
• Судно полагается неподвижным, а поток
воды – набегающим на судно со скоростью,
равной скорости судна в неподвижной воде
• На судно при этом действуют те же
гидродинамические силы, что и при прямом
движении
19
V
Прямое движение
(судно движется, вода неподвижна)
V
Обращенное движение
(судно неподвижно, поток воды
набегает на судно)
20
2. Уравнение Бернулли.
• Стационарное движение жидкости –
величина и направление скорости
частиц жидкости в каждой точке потока
остаются постоянными
• Уравнение Бернулли получено для
стационарного движения невязкой
жидкости
21
Уравнение Бернулли для линии тока
2
p v
z 
 const
 2g
Линия тока
z
z
x
p – гидродинамическое давление
v – скорость частицы
22
Иной вид уравнения Бернулли
v
z  p 
 const
2
2
• Первые два члена этого уравнения – это
удельная потенциальная энергия, а третий –
удельная кинетическая энергия
• Уравнение Бернулли выражает закон
сохранения энергии в потоке
23
Важный вывод из вида уравнения
Бернулли
v
z  p 
 const
2
2
• При увеличении скорости движения давление
в потоке падает
• Напротив, уменьшение скорости потока
ведет к росту давления
24
2. Уравнение Бернулли.
pv2 /2
- скоростной напор
• Часто для изображения распределения
давления, например, вдоль
поверхности крыла, пользуются
коэффициентом давления
28