Rychlost proudění

Rychlost proudění kapalin se v hydraulice, hydrologii i hydrometrii vždy měří v profilu kolmém k proudnicím. Běžně se však předpokládá proudění rovnoběžné s osou vedení (potrubí nebo koryta) a udává v metrech za sekundu.

Popis

Při proudění kapaliny je díky viskozitě (vnitřnímu tření, vazkosti) kapaliny a díky tření proudící kapaliny o stěny vedení (potrubí či koryta) rychlostní profil nerovnoměrný. Navíc se díky turbulenci postupný pohyb kapaliny skládá s pohybem turbulentních vírů, takže vektor rychlosti v libovolném bodě kapaliny mění v čase svoji velikost i směr. Z těchto důvodů rozeznává se v hydromechanice, hydraulice, hydrologii a hydrometrii rozeznává více rychlostí, charakterizovaných svými názvy, plus několik dalších zvláštního významu (viz např. ).

Okamžitá místní (též bodová) rychlost ${\overrightarrow {u}}$ [ms⁻¹] je rychlost charakterizovaná velikostí a směrem jejího vektoru v určitém časovém okamžiku $t$ a bodě profilu.

Časově střední místní rychlost (není-li udáno jinak, zpravidla se rozumí podélná složka rychlosti, protože časově střední svislá i příčná složka rychlosti, které jsou působeny turbulentními fluktuacemi, by měly být rovny nule) je

$u=\lim _{T\to \infty }{1 \over T}\int _{0}^{T}{\overrightarrow {u}}\ dt$.

V podstatě je $u$ [ms⁻¹] postupová rychlost kapaliny v daném bodě po eliminaci turbulentních pulsací rychlosti. Zpětně se dá uvažovat, že např. podélná složka okamžité bodové rychlosti je

${\overrightarrow {u}}_{x}=u+u'_{x}$

kde $u$ je podélná složka časově střední místní rychlosti a $u'_{x}$ [ms⁻¹] je podélná složka turbulentní pulsace rychlosti.

Protože rozdělení rychlosti po profilu zpravidla není dostatečně dobře známo (bylo sice odvozeno několik teoretických modelů, avšak ty platí v podstatě jen v přímé trati konstantního tvaru i ostatních parametrů), zavádí se střední průřezová rychlost (často zkráceně jen průřezová rychlost) $v$ [ms⁻¹] definovaná na základě rovnice kontinuity jako

$v={Q \over S}$

kde $Q$ [m³s⁻¹] je objemový průtok a $S$ [m²] průtočná plocha.

Rychlost maximální $v_{max}$ je největší rychlost v daném profilu.

Rychlost povrchová $v_{p}$ je rychlost proudění v otevřeném korytě těsně pod hladinou; je důležitá při měření průtoku pomocí hladinových plováků.

Rychlost dnová $v_{d}$ je rychlost proudění v otevřeném korytě v těsné blízkosti dna.

Střední svislicová rychlost $v_{s}$ je střední rychlost v měrné svislici (viz metoda rychlost – plocha pro koryta).

Třecí rychlost $v_{*}$je teoretický pojem, užívá se zejména v popisu rozdělení rychlosti; dá se vyjádřit více způsoby:

$v_{*}={\sqrt {\tau _{0} \over \rho }}={\sqrt {gRi}}={{v{\sqrt {g}}} \over C}$

kde $\tau _{0}$ [Pa] je tangenciální napětí na stěně, $\rho$ [kgm⁻³] hustota kapaliny, $g$ [ms⁻²] gravitační zrychlení, $R$ [m] hydraulický poloměr, $i$ [-] sklon čáry energie, $v$ [ms⁻¹] střední průřezová rychlost a $C$ [m^0,5s⁻¹] Chézyho rychlostní součinitel.

Kritická rychlost $v_{k}$ je střední průřezová rychlost při kritickém proudění v otevřeném korytě.

Reference

Portály: Fyzika