Потік рідини - це частина нерозривно рухомої рідини, обмежена твердими деформуються або не деформуються стінками, що утворюють русло потоку. Потоки, що мають вільну поверхню, називаються безнапірними. Потоки, що не мають вільної поверхні, називаються напірними
Потік рідини характеризується такими параметрами як площа живого перетину S, витрата рідини Q (G), середня швидкість руху v.
Живе перетин потоку - це перетин, яке перпендикулярно в кожній точці швидкості частинок потоку рідини.
Вектори швидкості частинок мають певну розбіжність у потоці рідини.
Живим перерізом потоку рідини називається перетин, яке перпендикулярно в кожній точці швидкості частинок потоку рідини.
Мал. Вектори швидкості потоку рідини (а) і живий перетин потоку (б)
Тому живий перетин потоку - криволінійна площину (рис. А, лінія I-I) З причини незначної розбіжності векторів швидкості в гідродинаміки за живий перетин приймається площину, розташована перпендикулярно швидкості руху рідини в середній точці потоку.
Витрата рідини - це кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку в одиницю часу. Витрата може визначатися в масових частках G і об'ємних Q.
Середня швидкість руху рідини - це середня швидкість частинок в живому перетині потоку.
Якщо в живому перетині потоку, що рухається, наприклад, в трубі, побудувати вектори швидкості частинок і з'єднати кінці цих векторів, то вийде графік зміни швидкостей (епюра швидкостей).
Мал. Розподіл швидкостей руху рідини в живому перетині труби при течії: а - турбулентному; б - ламинарном
Якщо площа такої епюри розділити на діаметр даної труби, то вийде значення середньої швидкості руху рідини в даному перерізі:
Vcр = Sе / d,
де Sе - площа епюри місцевих швидкостей; d - діаметр труби
Об'ємна витрата рідини розраховується за формулою:
Q = Sе * Мср,
де Q - площа живого перетину потоку.
Параметри потоку рідини визначають характер руху рідини. При цьому воно може бути сталим і несталим, рівномірним і нерівномірним, нерозривним і кавітаційним, ламінарним і турбулентним.
Якщо параметри потоку рідини не змінюються в часі, то її рух називається сталим.
Рівномірним називається рух, при якому параметри потоку не змінюються по довжині трубопроводу або каналу. Наприклад, рух рідини по трубі постійного діаметра є рівномірним.
Нерозривним називається рух рідини, при якому вона переміщається суцільним потоком, що заповнює весь обсяг трубопроводу.
Відрив потоку від стінок трубопроводу або від обтічного предмета призводить до виникнення кавітації.
Кавітацією називається утворення в рідині порожнин, заповнених газом, паром або їх сумішшю.
Кавітація виникає в результаті місцевого зменшення тиску нижче критичного значення Pкр при даній температурі (для води ркр = 101,3 кПа при Т = 373 К або ркр = 12,18 кПа при Т = 323 К і т. Д.). При попаданні таких бульбашок в зону, де тиск вище критичного, в ці порожнечі спрямовуються частинки рідини, що призводить до різкого зростання тиску і температури. Тому кавитация несприятливо відбивається на роботі гідротурбін, рідинних насосів і інших елементів гідравлічних пристроїв.
Ламінарний рух - це впорядкований рух рідини без перемішування між її сусідніми шарами. При ламінарному плині швидкість і сили інерції, як правило, невеликі, а сили тертя значні. При збільшенні швидкості до деякого порогового значення ламінарний режим течії переходить в турбулентний.
Турбулентний рух - це рух рідини, при якому її частинки здійснюють несталий безладний рух по складних траєкторіях. При турбулентному плині швидкість рідини і її тиск в кожній точці потоку хаотично змінюється, при цьому відбувається інтенсивне перемішування рідини, що рухається.
Для визначення режиму руху рідини існують умови, згідно з якими швидкість потоку може бути більше або менше тієї критичної швидкості, коли ламінарний рух переходить в турбулентний і навпаки.
Однак встановлено і більш універсальний критерій, який називають критерієм або числом Рейнольдса:
Re = vd / V,
де Re - число Рейнольдса; v - середня швидкість потоку; d - діаметр трубопроводу; V - кінематична в'язкість рідини.
Дослідами було встановлено, що в момент переходу ламінарного режиму руху рідини в турбулентний Re = 2320.
Число Рейнольдса, при якому ламінарний режим переходить в турбулентний, називається критичним. Отже, при Re <2320 рух рідини - ламінарний, а при Re> 2320 - турбулентний. Звідси критична швидкість для будь-якої рідини:
vкр = 2320v / d