Глава 1. Проблемы прогноза процессов переноса при реальных условиях движения
сложных сред в трубах
1. Введение
Связь с дисциплинами физико-математического профиля
Движение сплошных сред (однородных и неоднородных по составу жидкостей, газов, а
также смесей, состоящих из них) изучают такие науки как гидравлика и гидрогазодинамика.
Предметом исследования здесь выступают задачи механики сплошных сред (МСС). МСС –
это обширная часть механики, в которой с помощью и на основе данных, развитых в
теоретической механике, рассматриваются движения таких материальных тел, которые
заполняют пространство непрерывно, сплошным образом, и расстояния между точками во
время движения меняются.
Гидравлика, как техническая наука, изучает законы равновесия и движения жидкостей и
разрабатывает способы практического применения этих законов к расчетам искусственных и
естественных русел, сооружений и машин. В отличие от гидродинамики, гидравлика
характеризуется упрощенным подходом к изучению явлений течения жидкостей,
довольствуясь часто только анализом одномерного случая течения сплошной среды.
Гидрогазодинамика, как раздел гидромеханики, изучает движения жидкостей и газов
при взаимодействии с твердой стенкой. Это весьма важно для внедрения теоретических
результатов в практику.
1.2. Основные этапы развития гидродинамических исследований
Современная гидравлика (ГДВ) является одной из прикладных отраслей гидромеханики
(ГМ) в широком смысле этого слова. Развитие ГДВ определялось потребностями науки и
техники, развитием отраслей промышленности таких, как машиностроение, теплоэнергетика,
горное дело, нефтяная и газовая индустрия.
Экскурс в историю науки показывает:
• что конец XIX -начало XX века – это период активности российской высшей
школы. Здесь заметны результаты Н.Е. Жуковского, И.С. Громека в связи с
появлением первых исследовательских лабораторий по ГДВ.
• 30-е годы 20 века представляют период строительства гидроэлектростанций
(ГЭС) со сложной системой водоснабжения на Днепре, Волге, Ангаре, Иртыше
и Оби, и это дополнительно стимулировало исследования в области ГДВ по
проблемам: 1) построения эффективных методик оценки гидравлического
сопротивления при движении жидкостей по замкнутым системам; 2)
нестационарным расчетам изо- и неизотермических течений в каналах с
переменной формой поперечного сечения; 3) прогноза многокомпонентных
потоков с фазовыми переходами; 4) исследований турбулентности; 5) движений
взвесей и т.д.
• 50-70-е годы XXв. – период активизации строительства нефте- и газопроводов –
время мощного развития исследований по нефтяной ГДВ.
• С конца XXв. до настоящего времени – период активного сближения
прикладной ГДВ и фундаментальной механики, механики турбулентности,
теорий пограничного слоя, реологии и физической химии.
2. Представления о сопротивлении, как потерях механической энергии при движении
жидкости в трубопроводах
Со времени первых измерений скорости потока и напора (или гидравлического уклона)
придвижении жидкости в трубах известно: потери напора (механической энергии потока)
находятся в сложной связи со скоростью течения.
Характер связи [