Υδραυλική αντίσταση.
Όταν το ρευστό ρέει μέσα από τους σωλήνες, πρέπει να ξοδέψει ενέργεια για να ξεπεράσει τις δυνάμεις της εξωτερικής και εσωτερικής τριβής. Σε ευθεία τμήματα σωλήνων, αυτές οι δυνάμεις αντίστασης δρουν σε όλο το μήκος της ροής και η συνολική απώλεια ενέργειας για να ξεπεραστούν είναι ευθέως ανάλογη με το μήκος του σωλήνα. Τέτοιες αντιστάσεις ονομάζονται γραμμικές. Το μέγεθός τους (απώλεια πίεσης) εξαρτάται από την πυκνότητα και το ιξώδες του υγρού, καθώς και από τη διάμετρο του σωλήνα (όσο μικρότερη είναι η διάμετρος, τόσο μεγαλύτερη η αντίσταση), η ταχύτητα ροής (η αύξηση της ταχύτητας αυξάνει τις απώλειες) και την καθαρότητα εσωτερική επιφάνειασωλήνες (όσο μεγαλύτερη είναι η τραχύτητα των τοίχων, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση).
Εκτός από την τριβή σε ευθύγραμμα τμήματα, επιπρόσθετη αντίσταση συναντάται στους αγωγούς με τη μορφή στροφών ροής, αλλαγές διατομής, βρύσες, διακλαδώσεις κ.λπ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η δομή της ροής διαταράσσεται και η ενέργειά της δαπανάται σε αναδιάρθρωση, αναταράξεις και επιπτώσεις. Τέτοιες αντιστάσεις ονομάζονται τοπικές. Οι γραμμικές και οι τοπικές αντιστάσεις είναι δύο τύποι λεγόμενων υδραυλικών αντιστάσεων, ο προσδιορισμός των οποίων αποτελεί τη βάση για τον υπολογισμό οποιωνδήποτε υδραυλικών συστημάτων.
Καθεστώτα ροής ρευστού Στην πράξη, παρατηρούνται δύο χαρακτηριστικά καθεστώτα ροής ρευστού: στρωτή και τυρβώδης.
Σε στρωτή λειτουργία, στοιχειώδη ρεύματα ροής ρέουν παράλληλα χωρίς ανάμειξη. Εάν ένα ρεύμα έγχρωμου υγρού εισαχθεί σε μια τέτοια ροή, θα συνεχίσει τη ροή του με τη μορφή ενός λεπτού νήματος ανάμεσα στη ροή του άχρωμου υγρού, χωρίς να ξεπλυθεί. Αυτό το καθεστώς ροής είναι δυνατό σε πολύ χαμηλούς ρυθμούς ροής. Με αύξηση της ταχύτητας πάνω από ένα ορισμένο όριο, η ροή γίνεται τυρβώδης, σαν δίνη, στην οποία το υγρό εντός της διατομής του αγωγού αναμιγνύεται έντονα. Με μια σταδιακή αύξηση της ταχύτητας, το χρωματιστό ρεύμα στο ρεύμα αρχίζει πρώτα να ταλαντώνεται γύρω από τον άξονά του, στη συνέχεια εμφανίζονται σπασίματα σε αυτό λόγω ανάμειξης με άλλα ρεύματα και στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα, ολόκληρο το ρεύμα λαμβάνει ένα ομοιόμορφο χρώμα.
Η παρουσία ενός ή άλλου καθεστώτος ροής εξαρτάται από την τιμή του λόγου της κινητικής ενέργειας της ροής 1 1
(■п-гпi2=ч-рУу2) στο έργο των εσωτερικών δυνάμεων τριβής (/7 = р„5^/) - βλ. (2.9).
Αυτή είναι μια αδιάστατη αναλογία
Το ^-pVv21 (p,5^/) μπορεί να απλοποιηθεί λαμβάνοντας υπόψη ότι το V είναι ανάλογο του V. Οι ποσότητες 1 και A/r έχουν επίσης την ίδια διάσταση και μπορούν να μειωθούν και ο λόγος του όγκου V προς η διατομή 5 έχει γραμμικό μέγεθος y.
Τότε ο λόγος της κινητικής ενέργειας προς το έργο των εσωτερικών δυνάμεων τριβής, μέχρι σταθερούς παράγοντες, μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα αδιάστατο σύμπλεγμα:
που ονομάζεται αριθμός (ή κριτήριο) Reynolds προς τιμήν του Άγγλου φυσικού Osborne Reynolds, ο οποίος στα τέλη του περασμένου αιώνα παρατήρησε πειραματικά την παρουσία δύο καθεστώτων ροής.
Οι μικρές τιμές των αριθμών Reynolds υποδεικνύουν την κυριαρχία του έργου των εσωτερικών δυνάμεων τριβής στη ροή του ρευστού και αντιστοιχούν στη στρωτή ροή. Μεγάλες αξίεςΑντιστοιχούν στην κυριαρχία της κινητικής ενέργειας και στο καθεστώς τυρβώδους ροής. Το όριο για την έναρξη της μετάβασης από τη μια λειτουργία στην άλλη - ο κρίσιμος αριθμός Reynolds - είναι 1?cr = 2300 για στρογγυλούς σωλήνες (η διάμετρος του σωλήνα λαμβάνεται ως χαρακτηριστικό μέγεθος).
Στην τεχνολογία, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας ατμομηχανών ντίζελ, στα υδραυλικά συστήματα (συμπεριλαμβανομένου του αέρα και του αερίου), εμφανίζεται συνήθως τυρβώδης ροή υγρών. Η στρωτή ροή εμφανίζεται μόνο σε παχύρρευστα υγρά (για παράδειγμα, λάδι) σε χαμηλούς ρυθμούς ροής και σε λεπτά κανάλια (επίπεδους σωλήνες καλοριφέρ).
Υπολογισμός υδραυλικής αντίστασης. Οι γραμμικές απώλειες πίεσης προσδιορίζονται χρησιμοποιώντας τον τύπο Darcy-Weisbach: 
όπου X ("λάμδα") είναι ο γραμμικός συντελεστής αντίστασης, ανάλογα με τον αριθμό Reynolds. Για στρωτή ροή σε στρογγυλό σωλήνα R, = 64/E (εξαρτάται από την ταχύτητα), για τυρβώδεις ροές η τιμή του k εξαρτάται ελάχιστα από την ταχύτητα και καθορίζεται κυρίως από την τραχύτητα των τοιχωμάτων του σωλήνα.
Οι τοπικές απώλειες πίεσης θεωρούνται επίσης ανάλογες του τετραγώνου της ταχύτητας και ορίζονται ως εξής:
όπου £ («ζήτα») είναι ο συντελεστής τοπικής αντίστασης, ανάλογα με τον τύπο της αντίστασης (περιστροφή, διαστολή κ.λπ.) και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της.
Οι τοπικοί συντελεστές αντίστασης καθορίζονται πειραματικά οι τιμές τους δίνονται σε βιβλία αναφοράς.
Η έννοια του υπολογισμού των υδραυλικών συστημάτων. Κατά τον υπολογισμό οποιουδήποτε υδραυλικού συστήματος, συνήθως λύνεται ένα από τα δύο προβλήματα: προσδιορισμός της απαιτούμενης διαφοράς πίεσης (πίεσης) για τη διέλευση ενός δεδομένου ρυθμού ροής ρευστού ή προσδιορισμός του ρυθμού ροής ρευστού στο σύστημα σε μια δεδομένη διαφορά πίεσης.
Σε κάθε περίπτωση, πρέπει να προσδιοριστεί η συνολική απώλεια πίεσης στο σύστημα ΑΝ, η οποία είναι ίση με το άθροισμα των αντιστάσεων όλων των τμημάτων του συστήματος, δηλαδή το άθροισμα των γραμμικών αντιστάσεων όλων των ευθύγραμμων τμημάτων των σωληνώσεων και των τοπικών αντιστάσεων του άλλα στοιχεία του συστήματος:
Εάν η μέση ταχύτητα ροής είναι η ίδια σε όλα τα τμήματα του αγωγού, η εξίσωση (2.33) απλοποιείται:
Συνήθως, υπάρχουν τμήματα στο σύστημα στα οποία οι ταχύτητες ροής διαφέρουν μεταξύ τους. Σε αυτή την περίπτωση, είναι βολικό να ανάγεται η εξίσωση (2.33) σε άλλη μορφή, λαμβάνοντας υπόψη ότι ο ρυθμός ροής του ρευστού είναι σταθερός για όλα τα στοιχεία του συστήματος (χωρίς διακλαδώσεις). Αντικαθιστώντας τις τιμές u = C)/5 στην κατάσταση (2.33), λαμβάνουμε
υδραυλικό χαρακτηριστικό ή συνολικός συντελεστής αντίστασης του συστήματος.
Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι ο υπολογισμός του αγωγού δεν είναι λύση σε ένα πρόβλημα με μία σαφή απάντηση. Τα αποτελέσματά του εξαρτώνται από την επιλογή των διαμέτρων των τμημάτων του αγωγού ή τις ταχύτητες σε αυτά. Πράγματι, είναι δυνατό να ληφθούν υπόψη τιμές χαμηλής ταχύτητας και να ληφθούν μικρές απώλειες πίεσης. Αλλά τότε, με δεδομένο ρυθμό ροής, οι διατομές του αγωγού (διάμετροι) πρέπει να είναι μεγάλες και το σύστημα θα είναι ογκώδες και βαρύ. Με την αποδοχή υψηλών ταχυτήτων ροής στους σωλήνες, θα μειώσουμε τις εγκάρσιες διαστάσεις τους, αλλά ταυτόχρονα θα αυξηθούν σημαντικά οι απώλειες πίεσης και το κόστος ενέργειας για τη λειτουργία του συστήματος (αναλογικά με το τετράγωνο της ταχύτητας). Επομένως, στους υπολογισμούς, συνήθως καθορίζονται ορισμένες μέσες, «βέλτιστες» τιμές των ρυθμών ροής ρευστού. Για συστήματα νερού, η βέλτιστη ταχύτητα είναι περίπου 1 m/s, για συστήματα αέρα χαμηλής πίεσης - 8-12 m/s.
Το σφυρί νερού είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε μια ροή ρευστού όταν η ταχύτητα της ροής του αλλάζει γρήγορα (για παράδειγμα, όταν μια βαλβίδα σε έναν αγωγό κλείνει ξαφνικά ή μια αντλία σταματάει). Σε αυτή την περίπτωση, η κινητική ενέργεια της ροής μετατρέπεται αμέσως σε δυναμική ενέργεια και η πίεση ροής μπροστά από τη βαλβίδα αυξάνεται απότομα. Περιοχή υψηλή αρτηριακή πίεσητότε εξαπλώνεται από τη βαλβίδα προς τη ροή που δεν έχει ακόμη ανασταλεί πλήρως με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του ήχου α σε αυτό το μέσο.
Μια απότομη αύξηση της πίεσης οδηγεί, αν όχι σε καταστροφή, τότε σε ελαστική παραμόρφωση των στοιχείων του αγωγού, η οποία μειώνει τη δύναμη κρούσης, αλλά αυξάνει τις διακυμάνσεις της πίεσης του ρευστού στον σωλήνα. Το μέγεθος του άλματος πίεσης κατά τη διάρκεια μιας πλήρους διακοπής της ροής του ρευστού, η οποία είχε ταχύτητα v, καθορίζεται από τον τύπο του εξέχοντος Ρώσου επιστήμονα - καθηγητή N. E. Zhukovsky, που ελήφθη από αυτόν το 1898: Dr = paa, όπου p είναι το πυκνότητα του υγρού.
Προκειμένου να αποτραπούν σε μεγάλο βαθμό φαινόμενα σοκ υδραυλικά συστήματα(για παράδειγμα, δίκτυα ύδρευσης) κατασκευάζονται συσκευές διακοπής λειτουργίας ώστε το κλείσιμό τους να γίνεται σταδιακά.
Στις προηγούμενες παραγράφους συζητήθηκαν οι νόμοι της ισορροπίας υγρών και αερίων. Τώρα ας δούμε μερικά φαινόμενα που σχετίζονται με την κίνησή τους.
Η κίνηση του υγρού ονομάζεται με το ρεύμα, και μια συλλογή σωματιδίων ενός κινούμενου ρευστού είναι ένα ρεύμα. Όταν περιγράφεται η κίνηση ενός υγρού, προσδιορίζονται οι ταχύτητες με τις οποίες τα σωματίδια του υγρού διέρχονται από ένα δεδομένο σημείο του χώρου.
Εάν σε κάθε σημείο του χώρου γεμάτο με κινούμενο ρευστό, η ταχύτητα δεν αλλάζει με το χρόνο, τότε αυτή η κίνηση ονομάζεται σταθερή ή ακίνητος. Σε μια σταθερή ροή, οποιοδήποτε ρευστό σωματίδιο διέρχεται από ένα δεδομένο σημείο στο χώρο με την ίδια τιμή ταχύτητας. Θα εξετάσουμε μόνο τη σταθερή ροή ενός ιδανικού ασυμπίεστου ρευστού. Ιδανικόονομάζεται υγρό στο οποίο δεν υπάρχουν δυνάμεις τριβής.
Όπως είναι γνωστό, ένα ακίνητο υγρό σε ένα δοχείο, σύμφωνα με το νόμο του Pascal, μεταδίδει εξωτερική πίεση σε όλα τα σημεία του υγρού χωρίς αλλαγή. Αλλά όταν ένα ρευστό ρέει χωρίς τριβή μέσω ενός σωλήνα μεταβλητής διατομής, η πίεση σε διαφορετικά σημεία του σωλήνα δεν είναι η ίδια. Η κατανομή πίεσης σε έναν σωλήνα μέσω του οποίου η ροή του υγρού μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας μια εγκατάσταση που φαίνεται σχηματικά στο Σχήμα 1. Οι κάθετοι ανοιχτοί σωλήνες μανόμετρου συγκολλούνται κατά μήκος του σωλήνα. Εάν το υγρό στον σωλήνα είναι υπό πίεση, τότε στον μανομετρικό σωλήνα το υγρό ανεβαίνει σε ένα ορισμένο ύψος, ανάλογα με την πίεση σε ένα δεδομένο σημείο του σωλήνα. Η εμπειρία δείχνει ότι σε στενές περιοχές του σωλήνα το ύψος της στήλης υγρού είναι μικρότερο από ό,τι σε μεγάλες περιοχές. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει λιγότερη πίεση σε αυτά τα στενά σημεία. Τι εξηγεί αυτό;
Ας υποθέσουμε ότι ένα ασυμπίεστο ρευστό ρέει μέσα από έναν οριζόντιο σωλήνα με μεταβλητή διατομή (Εικ. 1). Ας επιλέξουμε διανοητικά πολλά τμήματα στον σωλήνα, τα εμβαδά των οποίων συμβολίζουμε με και . Σε μια σταθερή ροή, ίσοι όγκοι υγρού μεταφέρονται μέσω οποιασδήποτε διατομής ενός σωλήνα για ίσες χρονικές περιόδους.
Έστω η ταχύτητα του ρευστού διαμέσου της τομής και έστω η ταχύτητα του ρευστού διαμέσου της τομής. Με την πάροδο του χρόνου, οι όγκοι των υγρών που ρέουν μέσα από αυτά τα τμήματα θα είναι ίσοι με:
Εφόσον το ρευστό είναι ασυμπίεστο, τότε . Επομένως, για ένα ασυμπίεστο ρευστό. Αυτή η σχέση ονομάζεται εξίσωση συνέχειας.
Από αυτή την εξίσωση, δηλ. Οι ταχύτητες του ρευστού σε οποιαδήποτε δύο τμήματα είναι αντιστρόφως ανάλογες με τα εμβαδά της διατομής. Αυτό σημαίνει ότι τα υγρά σωματίδια επιταχύνονται όταν μετακινούνται από το ευρύ τμήμα του σωλήνα στο στενό τμήμα. Κατά συνέπεια, μια ορισμένη δύναμη δρα στο υγρό που εισέρχεται στο στενότερο τμήμα του σωλήνα από το υγρό που βρίσκεται ακόμα στο ευρύ τμήμα του σωλήνα. Μια τέτοια δύναμη μπορεί να προκύψει μόνο λόγω της διαφοράς πίεσης σε διαφορετικά μέρη του υγρού. Εφόσον η δύναμη κατευθύνεται προς το στενό τμήμα του σωλήνα, η πίεση στο ευρύ τμήμα του σωλήνα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από ό,τι στο στενό τμήμα. Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση συνέχειας, μπορούμε να συμπεράνουμε: κατά τη διάρκεια της σταθερής ροής ρευστού, η πίεση είναι μικρότερη σε εκείνα τα μέρη όπου η ταχύτητα ροής είναι μεγαλύτερη και, αντίθετα, είναι μεγαλύτερη σε εκείνα τα μέρη όπου η ταχύτητα ροής είναι χαμηλότερη.
Ο D. Bernoulli ήταν ο πρώτος που κατέληξε λοιπόν σε αυτό το συμπέρασμα αυτός ο νόμοςκάλεσε ο νόμος του Μπερνούλι.
Η εφαρμογή του νόμου της διατήρησης της ενέργειας σε μια ροή κινούμενου ρευστού μας επιτρέπει να λάβουμε μια εξίσωση που εκφράζει το νόμο του Bernoulli (τον παρουσιάζουμε χωρίς παράγωγο)
- Η εξίσωση του Bernoulli για έναν οριζόντιο σωλήνα.
Εδώ και είναι οι στατικές πιέσεις και η πυκνότητα του υγρού. Η στατική πίεση είναι ίση με τον λόγο της δύναμης της πίεσης ενός μέρους του υγρού σε ένα άλλο προς την περιοχή επαφής όταν η ταχύτητα της σχετικής κίνησής τους είναι μηδέν. Αυτή η πίεση θα μετρηθεί από ένα μανόμετρο που κινείται με τη ροή. Ένας σταθερός μονομετρικός σωλήνας με άνοιγμα στραμμένο προς τη ροή θα μετρήσει την πίεση 
Στο ερώτημα του ποταμού Λένα. Εξάρτηση της τρέχουσας ταχύτητας από το ανάγλυφο που δίνεται από τον συγγραφέα Πόρνηη καλύτερη απάντηση είναι Βασικά
Μήκος - 4.400 km, περιοχή λεκάνης - 2.490 χιλιάδες km². Η κύρια τροφή, όπως και σχεδόν όλοι οι παραπόταμοι, είναι το λιωμένο χιόνι και το νερό της βροχής. Ο ευρέως διαδεδομένος μόνιμος παγετός παρεμβαίνει στη διατροφή του ποταμού υπόγεια ύδατα, οι μόνες εξαιρέσεις είναι οι γεωθερμικές πηγές. Λόγω του γενικού καθεστώτος βροχοπτώσεων, η Λένα χαρακτηρίζεται από ανοιξιάτικες πλημμύρες, αρκετές αρκετά υψηλές πλημμύρες το καλοκαίρι και χαμηλές φθινοπωρινές-χειμώνες χαμηλές στάθμες νερού έως και 366 m³/s στο στόμιο. Η ανοιξιάτικη μετατόπιση πάγου είναι πολύ ισχυρή και συχνά συνοδεύεται από μεγάλες μαρμελάδες πάγου. Η υψηλότερη μέση μηνιαία ροή νερού στο στόμιο παρατηρήθηκε τον Ιούνιο του 1989 και ανήλθε σε 104.000 m³/s, η μέγιστη ροή νερού στο στόμιο κατά τη διάρκεια μιας πλημμύρας μπορεί να υπερβεί τα 250.000 m³/s. Σε ένα μακροπρόθεσμο πλαίσιο, η μέγιστη ροή ποταμού είναι 530 φορές μεγαλύτερη από την ελάχιστη.
Τα υδρογραφικά δεδομένα για τη ροή του νερού στο στόμιο της Λένας σε διαφορετικές πηγές έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους και συχνά περιέχουν σφάλματα. Ο ποταμός χαρακτηρίζεται από περιοδικές σημαντικές αυξήσεις της ετήσιας ροής, οι οποίες δεν συμβαίνουν λόγω μεγάλες ποσότητεςβροχόπτωση στη λεκάνη, και κυρίως λόγω της έντονης τήξης των πάγων και του μόνιμου παγετού στο κάτω μέρος της λεκάνης. Τέτοια φαινόμενα συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των θερμών ετών στα βόρεια της Yakutia και οδηγούν σε σημαντική αύξηση της απορροής. Για παράδειγμα, το 1989, η μέση ετήσια ροή νερού ήταν 23.624 m³/s, που αντιστοιχεί σε 744 km³ ετησίως. Πάνω από 67 χρόνια παρατηρήσεων στο σταθμό Kyusyur κοντά στο στόμιο, η μέση ετήσια ροή νερού είναι 17.175 m³/s ή 541 km³ ετησίως και είχε ελάχιστη τιμή το 1986 - 13.044 m³/s.
Ανάλογα με τη φύση της ροής του ποταμού, διακρίνονται τρία τμήματα: από την πηγή έως τις εκβολές του Βιτίμ. από το στόμιο του Vitim στη συμβολή του Aldan και το τρίτο κάτω τμήμα - από τη συμβολή του Aldan στο στόμιο.
[επεξεργασία] Ανώτερο φθινόπωρο
Η πηγή της Λένας θεωρείται ένας μικρός βάλτος 12 χιλιόμετρα από τη λίμνη Βαϊκάλη, που βρίσκεται σε υψόμετρο 1.470 μέτρων. Ολόκληρος ο ανώτερος όγκος της Λένας μέχρι τη συμβολή του Βιτίμ, δηλαδή σχεδόν το ένα τρίτο του μήκους του, πέφτει στην ορεινή περιοχή Σισμπαϊκάλια. Η ροή του νερού στην περιοχή Kirensk είναι 1.100 m³/sec.
[επεξεργασία] Μέσο ρεύμα
Η μέση ροή περιλαμβάνει το τμήμα της μεταξύ των εκβολών των ποταμών Vitima και Aldana, μήκους 1.415 km. Κοντά στη συμβολή του Vitim, η Λένα εισέρχεται στη Γιακουτία και ρέει κατά μήκος της μέχρι το ίδιο το στόμα. Έχοντας αποδεχτεί το Vitim, η Λένα μετατρέπεται σε ένα πολύ μεγάλο ποτάμι με υψηλή στάθμη. Τα βάθη αυξάνονται στα 10-12 m, το κανάλι επεκτείνεται και πολλά νησιά εμφανίζονται σε αυτό, η κοιλάδα επεκτείνεται σε 20-30 km. η κοιλάδα είναι ασύμμετρη: η αριστερή κλίση είναι χαμηλότερη. το δεξί, που αντιπροσωπεύεται από το βόρειο άκρο του Patom Highlands, είναι πιο απότομο και ψηλότερο. Και στις δύο πλαγιές υπάρχουν πυκνά δάση κωνοφόρων, που μόνο περιστασιακά αντικαθίστανται από λιβάδια.
Από το Olekma μέχρι το Aldan, το Lena δεν έχει ούτε έναν σημαντικό παραπόταμο. Για περισσότερα από 500 χιλιόμετρα, η Λένα ρέει σε μια βαθιά και στενή κοιλάδα κομμένη σε ασβεστόλιθο. Κάτω από το χωριό Pokrovsk υπάρχει μια απότομη επέκταση της κοιλάδας Lena. Η τρέχουσα ταχύτητα επιβραδύνεται σημαντικά, πουθενά δεν ξεπερνά το 1,3 m/s και ως επί το πλείστον πέφτει στα 0,5-0,7 m/s. Μόνο η πλημμυρική πεδιάδα έχει πλάτος πέντε έως επτά χιλιόμετρα και σε ορισμένα σημεία πλάτος ακόμη και 15 χιλιόμετρα, ενώ ολόκληρη η κοιλάδα έχει πλάτος 20 χιλιόμετρα ή περισσότερο.
[επεξεργασία] Κατάντη
Κάτω από το Γιακούτσκ, το Λένα δέχεται τους δύο κύριους παραπόταμους του - τον Άλνταν και τον Βιλιούι. Τώρα είναι ένα τεράστιο ρεύμα νερού. Ακόμα κι εκεί που τρέχει σε ένα κανάλι, το πλάτος του φτάνει τα 10 χλμ. και το βάθος του ξεπερνά τα 16-20 μ. Όπου υπάρχουν πολλά νησιά, η Λένα ξεχειλίζει για 20-30 χλμ. Οι όχθες του ποταμού είναι σκληρές και έρημες. Οι οικισμοί είναι πολύ σπάνιοι.
Στο κάτω μέρος της Λένας, η λεκάνη της είναι πολύ στενή: από τα ανατολικά, οι ορεινοί όγκοι της οροσειράς Verkhoyansk, η λεκάνη απορροής των ποταμών Lena και Yana, προχωρούν από τα δυτικά, ασήμαντα υψόμετρα του Κεντρικού Οροπεδίου της Σιβηρίας χωρίζουν τη Λένα και τις λεκάνες Olenyok. Κάτω από το χωριό Bulun, ο ποταμός συμπιέζεται από τις κορυφογραμμές Kharaulakh που έρχονται πολύ κοντά του από τα ανατολικά και
Οι ταχύτητες ροής στα ποτάμια δεν είναι ίδιες σε διαφορετικά σημεία της ροής: ποικίλλουν τόσο σε βάθος όσο και σε πλάτος του ζωντανού τμήματος. Οι χαμηλότερες ταχύτητες παρατηρούνται κοντά στον πυθμένα, γεγονός που οφείλεται στην επίδραση της τραχύτητας της κοίτης του ποταμού. Από τον πυθμένα προς την επιφάνεια, η αύξηση της ταχύτητας στην αρχή εμφανίζεται γρήγορα και στη συνέχεια επιβραδύνεται και το μέγιστο στις ανοιχτές ροές επιτυγχάνεται στην επιφάνεια ή σε απόσταση 0,2 Η από την επιφάνεια. Οι καμπύλες μεταβολής κάθετης ταχύτητας ονομάζονται οδογραφίεςή διαγράμματα ταχύτητας. Η κατακόρυφη κατανομή των ταχυτήτων επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ανομοιομορφία στην τοπογραφία του πυθμένα, την κάλυψη πάγου, τον άνεμο και την υδρόβια βλάστηση. Εάν υπάρχουν ανωμαλίες στο κάτω μέρος (λόφοι, ογκόλιθοι), οι ταχύτητες στη ροή μπροστά από το εμπόδιο μειώνονται απότομα προς τον πυθμένα. Οι ταχύτητες στο κάτω στρώμα μειώνονται με την ανάπτυξη της υδρόβιας βλάστησης, η οποία αυξάνει σημαντικά την τραχύτητα του πυθμένα του καναλιού. Το χειμώνα, κάτω από τον πάγο, υπό την επίδραση πρόσθετης τριβής στην τραχιά επιφάνεια του πάγου, οι ταχύτητες είναι χαμηλές. Η μέγιστη ταχύτητα μετατοπίζεται στο μέσο του βάθους και μερικές φορές στο κάτω μέρος. Όταν υπάρχει άνεμος ενάντια στο ρεύμα, οι ταχύτητες στην επιφάνεια μειώνονται και η θέση του μέγιστου μετατοπίζεται σε μεγαλύτερο βάθος σε σύγκριση με τη θέση του σε ήρεμο καιρό.
Η ταχύτητα είναι χαμηλότερη κοντά στην ακτή και μεγαλύτερη στο κέντρο της ροής. Οι γραμμές που συνδέουν σημεία στην επιφάνεια του ποταμού με τις υψηλότερες ταχύτητες ονομάζονται ράβδος. Η γνώση της θέσης της ράβδου έχει μεγάλη σημασία όταν χρησιμοποιείτε ποτάμια για μεταφορά νερού και ράφτινγκ ξυλείας. Μια οπτική αναπαράσταση της κατανομής της ταχύτητας στο ενεργό τμήμα μπορεί να ληφθεί με την κατασκευή ισοτάχ– γραμμές που συνδέουν σημεία με τις ίδιες ταχύτητες.
Για τον υπολογισμό της μέσης ταχύτητας ροής απουσία άμεσων μετρήσεων, χρησιμοποιείται ευρέως ο τύπος Chezy. Ας επιλέξουμε έναν όγκο νερού στη ροή, που περιορίζεται από δύο τμήματα ω. Τιμή όγκου V = ωΔx, όπου Δx είναι η απόσταση μεταξύ των τμημάτων. Ο όγκος είναι υπό την επίδραση της προκύπτουσας δύναμης της υδροδυναμικής πίεσης P, της δράσης της βαρύτητας F' και της δύναμης αντίστασης (τριβής) T. Η δύναμη της υδροδυναμικής πίεσης P = 0, αφού οι δυνάμεις πίεσης P 1 και P 2 με ισοσκελίζονται ίσα τμήματα και σταθερή κλίση. Έτσι, V av = C, όπου H είναι το μέσο βάθος, I είναι η κλίση. – Εξίσωση Chezy. Φόρμουλα επάνδρωσης: . Ο τύπος του N. N. Pavlovsky: , όπου n είναι ο συντελεστής τραχύτητας, βρίσκεται σύμφωνα με τους ειδικούς πίνακες του M. F. Sribny.
Μετακινήσεις νερού στα ποτάμια. Τύποι κίνησης.
Το νερό στα ποτάμια κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας F'. Αυτή η δύναμη μπορεί να αποσυντεθεί σε δύο συνιστώσες: παράλληλη προς το κάτω μέρος F' x και κάθετη προς το κάτω μέρος F' y. Η δύναμη F' y εξισορροπείται από τη δύναμη αντίδρασης από τον πυθμένα. Η δύναμη F' x, ανάλογα με την κλίση, προκαλεί την κίνηση του νερού στο ρέμα. Αυτή η δύναμη, ενεργώντας συνεχώς, θα πρέπει να προκαλεί επιτάχυνση της κίνησης. Αυτό δεν συμβαίνει, αφού εξισορροπείται από τη δύναμη αντίστασης που προκύπτει στη ροή ως αποτέλεσμα της εσωτερικής τριβής μεταξύ των σωματιδίων του νερού και της τριβής της κινούμενης μάζας του νερού στον πυθμένα και τις όχθες. Οι αλλαγές στην κλίση, η τραχύτητα του πυθμένα, το στένωση και η διεύρυνση του καναλιού προκαλούν αλλαγές στην αναλογία της κινητήριας δύναμης και της δύναμης αντίστασης, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγές στους ρυθμούς ροής κατά μήκος του ποταμού και στο τμήμα διαβίωσης.
Είδη κίνησης σε ρέματα:
1) στολή,
2) άνισος,
3) ασταθής.
Στο στολήΗ κίνηση της ταχύτητας του ρεύματος, η ενεργός διατομή και ο ρυθμός ροής του κύματος είναι σταθερές σε όλο το μήκος της ροής και δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Αυτό το είδος κίνησης μπορεί να παρατηρηθεί σε κανάλια με πρισματική διατομή. Με ανομοιόμορφη κλίση, η ταχύτητα και η ενεργή διατομή δεν αλλάζουν σε ένα δεδομένο τμήμα με την πάροδο του χρόνου, αλλά αλλάζουν κατά το μήκος της ροής. Αυτός ο τύπος κίνησης παρατηρείται σε ποτάμια σε περιόδους χαμηλών υδάτων με σταθερές ροές νερού σε αυτά, καθώς και σε συνθήκες τέλματος που σχηματίζονται από φράγμα. Η ασταθής κίνηση είναι αυτή στην οποία τα πάντα υδραυλικά στοιχείαη ροή (κλίσεις, ταχύτητες, επιφάνεια ανοικτής διατομής) στο υπό εξέταση τμήμα αλλάζει τόσο χρονικά όσο και κατά μήκος. Η ασταθής κίνηση είναι χαρακτηριστική για τα ποτάμια κατά τις πλημμύρες και τις πλημμύρες.
Με ομοιόμορφη κίνηση, η κλίση της επιφάνειας ροής εγώίση με την κλίση του πυθμένα εγώκαι η επιφάνεια του νερού είναι παράλληλη με την ισοπεδωμένη κάτω επιφάνεια. Η ανομοιόμορφη κίνηση μπορεί να είναι αργή και γρήγορη. Καθώς η ροή επιβραδύνει τον ποταμό, η καμπύλη της ελεύθερης επιφάνειας του νερού παίρνει τη μορφή καμπύλης τέλματος. Η κλίση της επιφάνειας γίνεται μικρότερη από την κλίση του πυθμένα ( εγώ ), και το βάθος αυξάνεται προς την κατεύθυνση της ροής. Σε μια επιταχυνόμενη ροή, η καμπύλη της ελεύθερης επιφάνειας της ροής ονομάζεται καμπύλη αποσύνθεσης. το βάθος μειώνεται κατά μήκος της ροής, η ταχύτητα και η κλίση αυξάνονται ( I>i).
αριθμός Reynolds,ένα από τα παρόμοια κριτήρια για ροές ιξωδών υγρών και αερίων, που χαρακτηρίζει τη σχέση μεταξύ αδρανειακών δυνάμεων και δυνάμεων ιξώδους: Σχετικά με=r vl/m, όπου r είναι η πυκνότητα, m είναι ο συντελεστής δυναμικού ιξώδους ενός υγρού ή αερίου, v-χαρακτηριστική ταχύτητα ροής, μεγάλο- χαρακτηριστικό γραμμικό μέγεθος. Έτσι, όταν ρέει σε στρογγυλούς κυλινδρικούς σωλήνες, συνήθως λαμβάνεται μεγάλο=ρε, Πού ρε-διάμετρος σωλήνα και v=v cp, όπου v cp - μέση ταχύτητα ρεύματος. όταν ρέει γύρω από σώματα, / είναι το μήκος ή το εγκάρσιο μέγεθος του σώματος, και v = v¥, όπου v ¥ - την ταχύτητα της αδιατάρακτης ροής που προσκρούει στο σώμα. Πήρε το όνομά του από τον O. Reynolds.
Το καθεστώς ροής του υγρού, που χαρακτηρίζεται από την κρίσιμη ραδιοσυχνότητα, εξαρτάται επίσης από την RH. Σχετικά μεκρ . Στο R<Σχετικά με kр είναι δυνατή μόνο η στρωτή ροή ρευστού, και σε Σχετικά με>Σχετικά με kр η ροή μπορεί να γίνει τυρβώδης. Εννοια Σχετικά μεΤο kр εξαρτάται από το είδος της ροής. Για παράδειγμα, για τη ροή ενός παχύρρευστου ρευστού σε έναν στρογγυλό κυλινδρικό σωλήνα Σχετικά με kr = 2300.
Κατανομή των ταχυτήτων ρεύματος σε μια ροή ποταμού.
Ένα από τα χαρακτηριστικά της κίνησης των σωματιδίων του νερού στα ποτάμια είναι οι ακανόνιστες τυχαίες αλλαγές στην ταχύτητα. Οι συνεχείς αλλαγές στην κατεύθυνση και το μέγεθος των ταχυτήτων σε κάθε σημείο μιας τυρβώδους ροής ονομάζονται παλμοί. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο τυρβώδης παλμός. Τότε σε κάθε σημείο της ροής και σε κάθε χρονική στιγμή, η στιγμιαία ταχύτητα ροής είναι ένα διάνυσμα. Μπορεί να αποσυντεθεί σε στοιχεία σε ένα ορθογώνιο σύστημα συντεταγμένων (υ x, υ y, υ z), θα είναι επίσης παλμικά. Τα περισσότερα υδρομετρικά όργανα μετρούν τη διαμήκη συνιστώσα της ταχύτητας (υ x), που υπολογίζεται κατά μέσο όρο σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα (στην πράξη, 1-1,5 λεπτά).
Οι ταχύτητες ποικίλλουν κατά μήκος του βάθους και του πλάτους της ζωντανής διατομής του ποταμού. Σε κάθε επιμέρους κατακόρυφο παρατηρείται η χαμηλότερη ταχύτητα στον πυθμένα, η οποία εξαρτάται από την τραχύτητα της κοίτης του ποταμού. Προς την επιφάνεια, η ταχύτητα αυξάνεται στην κατακόρυφη μέση τιμή σε βάθος 0,6h και η μέγιστη σημειώνεται στην επιφάνεια ή σε απόσταση 0,2h από την επιφάνεια, στο ανοιχτό κανάλι. Η γραφική παράσταση των μεταβολών της ταχύτητας σε βάθος ονομάζεται οδόγραμμα (διάγραμμα ταχύτητας).
Η κατανομή της ταχύτητας σε βάθος εξαρτάται από την τοπογραφία του πυθμένα, την παρουσία πάγου, τον άνεμο και την υδρόβια βλάστηση. Η παρουσία ογκόλιθων, μεγάλων λίθων και υδρόβιας βλάστησης κοντά στον πυθμένα οδηγεί σε απότομη μείωση της ταχύτητας στο κάτω στρώμα. Η κάλυψη του πάγου και η λάσπη μειώνουν επίσης την ταχύτητα, αλλά στο στρώμα νερού κάτω από τον πάγο. Η μέση κατακόρυφη ταχύτητα προσδιορίζεται διαιρώντας την περιοχή του διαγράμματος με το κατακόρυφο βάθος.
Κατά μήκος του πλάτους της ροής, η ταχύτητα ακολουθεί βασικά την αλλαγή στο βάθος - από τις όχθες η ταχύτητα αυξάνεται προς τη μέση. Η γραμμή που συνδέει τα σημεία με τις μεγαλύτερες ταχύτητες κατά μήκος του ποταμού ονομάζεται πυρήνας (γραμμή των μεγαλύτερων βάθους).
Η κατανομή των ταχυτήτων σε κάτοψη μπορεί να αντικατοπτρίζεται από ισοτάχια - γραμμές που συνδέουν σημεία με σε ίσες ταχύτητεςσε ζωντανή ενότητα.
Η γραμμή που συνδέει τα σημεία μεμονωμένων ενεργών τμημάτων κατά μήκος του ποταμού με μέγιστες ταχύτητες ονομάζεται δυναμικός άξονας της ροής.
Ας εξετάσουμε την περίπτωση όταν ένα μη παχύρρευστο ρευστό ρέει μέσα από έναν οριζόντιο κυλινδρικό σωλήνα με ποικίλη διατομή.
Η ροή του υγρού ονομάζεται ακίνητος, αν σε κάθε σημείο του χώρου που καταλαμβάνει το υγρό, η ταχύτητά του δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Σε μια σταθερή ροή, ίσοι όγκοι υγρού μεταφέρονται μέσω οποιασδήποτε διατομής ενός σωλήνα για ίσες χρονικές περιόδους.
Τα υγρά είναι πρακτικά ασυμπίεστος, δηλαδή μπορούμε να υποθέσουμε ότι μια δεδομένη μάζα υγρού έχει πάντα σταθερό όγκο. Επομένως, οι ίδιοι όγκοι υγρού που διέρχονται διαφορετικά τμήματασωλήνας σημαίνει ότι η ταχύτητα ροής του ρευστού εξαρτάται από τη διατομή του σωλήνα.
Αφήστε τις ταχύτητες της ροής του σταθερού ρευστού μέσω των τμημάτων του σωλήνα S 1 και S 2 να είναι ίσες με v 1 και v 2, αντίστοιχα. Ο όγκος του υγρού που ρέει για μια χρονική περίοδο t μέσω του τμήματος S 1 είναι ίσος με V 1 = S 1 v 1 t, και ο όγκος του υγρού που ρέει μέσω του τμήματος S2 κατά το ίδιο χρονικό διάστημα είναι ίσος με V 2 = S 2 v 2 t. Από την ισότητα V 1 =V 2 προκύπτει ότι
S 1 V 1 = S 2 V 2. (5.10)
Η σχέση (5.10) ονομάζεται εξίσωση συνέχειας. Από αυτό προκύπτει ότι
v 1 /v 2 =S 2 /S 1.
Οθεν, σε μια σταθερή ροή ρευστού, η ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων του μέσω διαφορετικών διατομών του σωλήνα είναι αντιστρόφως ανάλογη με τα εμβαδά αυτών των τμημάτων.
Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, η επιτάχυνση προκαλείται από τη δύναμη. Αυτή η δύναμη σε αυτή την περίπτωση είναι η διαφορά των δυνάμεων πίεσης που δρουν στο ρέον υγρό στα πλατιά και στενά μέρη του σωλήνα. Συνεπώς, στο φαρδύ τμήμα του σωλήνα η πίεση του υγρού θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από ότι στο στενό τμήμα. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα μέσω της εμπειρίας. Στο Σχ. αποδεικνύεται ότι σε τομές διαφορετικών διατομών S 1 και S 2, μανομετρικοί σωλήνες εισάγονται στον σωλήνα μέσω του οποίου ρέει το υγρό.
Όπως δείχνουν οι παρατηρήσεις, η στάθμη του υγρού στο σωλήνα πίεσης στο τμήμα S1 του σωλήνα είναι υψηλότερη από ό,τι στο τμήμα S2. Κατά συνέπεια, η πίεση σε ένα ρευστό που ρέει μέσα από ένα τμήμα με μεγαλύτερη επιφάνεια S1 είναι υψηλότερη από την πίεση σε ένα ρευστό που ρέει μέσα από ένα τμήμα με μικρότερη περιοχή S2. Οθεν, κατά τη διάρκεια της σταθερής ροής ρευστού, σε εκείνα τα μέρη όπου η ταχύτητα ροής είναι χαμηλότερη, η πίεση στο υγρό είναι υψηλότερη και, αντίθετα, όπου η ταχύτητα ροής είναι μεγαλύτερη, η πίεση στο υγρό είναι χαμηλότερη.Ο Μπερνούλι ήταν ο πρώτος που κατέληξε σε αυτό το συμπέρασμα, γι' αυτό και ο νόμος αυτός ονομάζεται νόμος του Μπερνούλι.
Ο νόμος του Bernoulli είναι συνέπεια του νόμου της διατήρησης της ενέργειας για μια ακίνητη ροή ενός ιδανικού (δηλαδή, χωρίς εσωτερική τριβή) ασυμπίεστου ρευστού:
ρ - πυκνότητα υγρού,
v- ταχύτητα ροής,
η- το ύψος στο οποίο βρίσκεται το εν λόγω υγρό στοιχείο,
σελ- πίεση.
Η σταθερά στη δεξιά πλευρά ονομάζεται συνήθως πίεση, ή πλήρη πίεση. Η διάσταση όλων των όρων είναι η μονάδα ενέργειας ανά μονάδα όγκου υγρού.
Αυτή η αναλογία ονομάζεται εξίσωση Bernoulli. Η ποσότητα στην αριστερή πλευρά σχετίζεται με το ολοκλήρωμα Bernoulli.
Για οριζόντιο σωλήνα η = συνθκαι η εξίσωση του Bernoulli παίρνει τη μορφή.
Σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli, η συνολική πίεση σε μια σταθερή ροή ρευστού παραμένει σταθερή κατά μήκος της ροής. Η ολική πίεση αποτελείται από τη βαρύτητα, τη στατική και τη δυναμική πίεση. Από το νόμο του Bernoulli προκύπτει ότι καθώς μειώνεται η διατομή ροής, λόγω αύξησης της ταχύτητας, δηλαδή της δυναμικής πίεσης, η στατική πίεση πέφτει. Ο νόμος του Bernoulli ισχύει και για τις στρωτές ροές αερίων. Το φαινόμενο της μείωσης της πίεσης με αύξηση του ρυθμού ροής αποτελεί τη βάση της λειτουργίας διαφόρων τύπων μετρητών ροής, αντλιών πίδακα νερού και ατμού.
Ο νόμος του Bernoulli ισχύει στην καθαρή του μορφή μόνο για υγρά των οποίων το ιξώδες είναι μηδέν, δηλαδή υγρά που δεν κολλάνε στην επιφάνεια του σωλήνα. Μάλιστα, έχει διαπιστωθεί πειραματικά ότι η ταχύτητα του ρευστού στην επιφάνεια στερεόςείναι πάντα ακριβώς μηδέν.
Ο νόμος του Bernoulli μπορεί να εφαρμοστεί στη ροή ενός ιδανικού ασυμπίεστου ρευστού μέσω μιας μικρής οπής στο πλευρικό τοίχωμα ή στον πυθμένα ενός πλατιού δοχείου.
Σύμφωνα με το νόμο του Bernoulli, εξισώνουμε τις συνολικές πιέσεις στην επάνω επιφάνεια του υγρού και στην έξοδο από την τρύπα:
σελ 0 - ατμοσφαιρική πίεση,
η- ύψος της στήλης υγρού στο δοχείο,
v- ρυθμός ροής υγρού.
Από εδώ: . Αυτή είναι η φόρμουλα του Torricelli. Δείχνει ότι όταν ένα ιδανικό ασυμπίεστο ρευστό ρέει έξω από μια τρύπα σε ένα ευρύ δοχείο, το ρευστό αποκτά την ταχύτητα που θα αποκτούσε ένα σώμα που πέφτει ελεύθερα από ύψος η.