Name: flow patterns by direction and time
Uploaded: 2025-02-13T15:43:18.000Z
Duration: 1 min 23 s
Channel: JoVE

Потоки можно классифицировать на основе размерности. В одномерном потоке такие свойства, как скорость и давление, изменяются в одном направлении, как это видно в воде, движущейся по прямой трубе.
Двумерный поток включает в себя изменения как длины, так и глубины, например, вода течет в открытом канале.
Трехмерный поток является более сложным, с вариациями во всех трех направлениях, например, ветер циркулирует вокруг здания.
Потоки также классифицируются в зависимости от их скорости и того, как движутся частицы жидкости. Наиболее распространенными видами являются стационарные и нестационарные потоки.
Постоянный поток, например поток, движущийся по трубопроводу муниципальной системы водоснабжения, обладает свойствами жидкости, которые остаются постоянными в любой момент времени с течением времени.
Нестационарный поток, такой как изменение скорости и скорости потока во время стока ливневых вод, со временем изменяет свойства жидкости.
Еще одно важное различие – ламинарный и турбулентный поток. Ламинарный поток характеризуется плавным, упорядоченным движением, подобно тому, как вода движется по небольшой гладкой трубе с низкой скоростью.
Напротив, турбулентный поток включает в себя хаотичное и нерегулярное движение жидкости, обычно наблюдаемое в реках или водопропускных трубах во время наводнений.

Введение в типы потоков

Потоки жидкости классифицируются по размерности и поведению, причем одномерный поток является простейшей формой, где такие свойства, как скорость и давление, изменяются только вдоль одной оси. Вода, движущаяся по прямым трубам, является примером этого типа потока, поскольку изменения в других направлениях минимальны. Одномерный анализ помогает упростить понимание таких потоков, сосредоточившись исключительно на изменениях по длине трубы.

 Двумерный поток включает изменения как длины, так и высоты, как это видно в воздухе, движущемся по плоским поверхностям, таким как настил моста. Изменения происходят в двух направлениях, что делает вычисления более сложными, чем в одномерном потоке. Трехмерный поток, который является самым сложным, включает изменения во всех трех пространственных измерениях: длине, высоте и глубине. Ветер, циркулирующий вокруг зданий, демонстрирует этот тип потока, где свойства жидкости (в данном случае, газа) различаются в разных направлениях.

 Потоки также классифицируются по тому, как свойства жидкости изменяются со временем. Установившийся поток описывает ситуации, когда такие свойства, как скорость и давление, остаются постоянными в любой точке с течением времени. Типичным примером является трубопровод в муниципальной системе водоснабжения. Напротив, нестационарный поток, такой как ливневый сток, характеризуется изменениями свойств жидкости с течением времени. Анализ нестационарных потоков требует внимания к зависящим от времени изменениям скорости и давления.

 Различие между ламинарным и турбулентным потоком также имеет важное значение. Ламинарный поток характеризуется плавным, упорядоченным движением жидкости, при этом слои жидкости движутся параллельно с минимальным перемешиванием. Грунтовые воды, просачивающиеся через слои почвы, часто проявляют свойства ламинарного потока. Однако, турбулентный поток включает хаотическое и нерегулярное движение, часто наблюдаемое в реках во время наводнений. Частицы жидкости взаимодействуют сложным образом, создавая закрученные вихри и воронки, что значительно усложняет анализ таких потоков.

Потоки можно классифицировать на основе размерности. В одномерном потоке такие свойства, как скорость и давление, изменяются в одном направлении, как видно ...

Education

JoVE Core

Civil Engineering

Unit 1

Раздел 1

Fluid Kinematics

Кинематика жидкости

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

Introduction to Types of Flows

flow patterns by direction and time

Fluid flow can be grouped by direction and by how it changes over time. The simplest case is one-dimensional flow. In this type, properties such as velocity and pressure change along only one axis. Water moving through a straight pipe is a common example, because changes in other directions are very small.

Two-dimensional flow changes in two directions. It varies in both length and height, so the analysis is more complex than one-dimensional flow. Air moving over a flat surface, such as a bridge deck, shows this pattern.

Three-dimensional flow is the most complex type. It involves changes in length, height, and depth. Wind moving around buildings is an example, since fluid properties can differ in multiple directions.

Flows are also classified by whether they stay the same over time. In steady flow, velocity and pressure remain constant at a point as time passes. A pipeline in a municipal water supply system is a typical example. Unsteady flow is different because fluid properties change over time. Stormwater runoff is one example, and it requires attention to time-dependent changes in velocity and pressure.

Another important split is between laminar and turbulent flow. Laminar flow is smooth and orderly, with fluid layers moving in parallel and very little mixing. Groundwater seeping through soil layers often follows this pattern. Turbulent flow is chaotic and irregular. It often appears in rivers during floods, where swirling eddies and vortices make the motion much harder to analyze.

Flow Patterns by Direction and Time

eulerian and lagrangian flow descriptions

eulerian-and-lagrangian-flow-descriptions

Tracking Fluid Motion in Space and Time

Fluid flow can be described with the Eulerian and Lagrangian methods. These two approaches give different views of the same moving fluid. They are useful in science and engineering because the best method depends on the problem being studied. The Eulerian method looks at fixed points in space. At each location, it measures fluid properties such as velocity, pressure, and temperature as the fluid moves past. This stationary view is useful when studying how a fluid interacts with a solid object.

introduction to types of flows

Fluid flow can be grouped by direction and by how it changes over time. The simplest case is one-dimensional flow. In this type, properties such as velocity and pressure change along only one axis. Water moving through a straight pipe is a common example, because changes in other directions are very small. Two-dimensional flow changes in two directions. It varies in both length and height, so the analysis is more complex than one-dimensional flow. Air moving over a flat surface, such as a...

streamlines, streaklines, and pathlines

Tracing Fluid Motion: Three Flow Paths

Streamlines, streaklines, and pathlines are three ways to describe fluid motion. Each one shows flow from a different angle. Together, they help students compare how a fluid moves in steady and unsteady flow. A streamline is a line that stays tangent to the fluid’s velocity vector at each point. That means the fluid velocity points along the streamline. Streamlines give an instant picture of the flow field, so they are useful for showing the overall direction of flow in a fluid system. In...

control volume and system representations

control-volume-and-system-representations

Tracking Fluid Through Space or Mass

Fluid analysis often uses two linked ideas: the control volume approach and the system approach. Both help describe mass, energy, and momentum transfer, but they focus on different things. One follows a region in space. The other follows a fixed mass of fluid over time. The control volume approach looks at a stationary area in space through which fluid moves. That area is bounded by a control surface, which is the outer edge of the region. A pipe with water flowing through it is a clear...

velocity and acceleration in steady and unsteady flow

velocity-and-acceleration-in-steady-and-unsteady-flow

How Flow Changes Affect Particle Motion

Velocity and acceleration help describe how a fluid particle moves in steady and unsteady flow. A fluid particle follows a pathline, and its velocity depends on both position and time. Acceleration is found by differentiating velocity with respect to time, so it shows how the particle’s motion changes. In a flow field, acceleration can be written using three perpendicular components. These components show how velocity changes over time in different spatial directions. This gives a general way...

reynolds transport theorem

Reynolds Transport and Control Volumes

Reynolds transport theorem links a fluid system to a control volume. It helps explain how the time rate of change of a property can be tracked in fluid dynamics. The theorem uses extensive properties, such as mass, velocity, acceleration, temperature, and momentum. These properties depend on the size of the system. Their intensive forms are the values per unit mass. The total amount of an extensive property in a system at any instant is the sum of the amounts carried by each tiny fluid...

design example: flow through a fire extinguisher

design-example-flow-through-a-fire-extinguisher

Fire Extinguisher Nozzle Flow and Pressure

A pressurized water fire extinguisher uses fluid dynamics to create a fast stream of water. The water is stored at a much higher pressure inside the extinguisher than the surrounding air. When the extinguisher is activated, that pressure difference forces water to flow out quickly. Bernoulli's equation helps predict the exit speed of the water. This equation links pressure and velocity. As pressure drops, velocity increases. In the extinguisher, the high internal pressure is converted into the...

key terms and concepts

Explore how fluid flow changes by direction and time, from one-dimensional and steady flow to turbulent motion in pipes, wind, and rivers.

Flow Patterns by Direction and Time | JoVE K12

JoVE Core Civil Engineering provides a foundational exploration of essential construction materials in civil engineering, focusing on bricks, stones, steel, wood, and concrete through easy-to-understand animated videos. This collection covers the properties, manufacturing processes, and practical applications of these materials. Additionally, the accompanied science-in-action videos demonstrate the research experiments performed in laboratories.

Flow Patterns by Direction and Time

Description

Transcript