Раздел. Гидростатика

Раздел. Гидростатика

Тема. Основные физические свойства жидкостей капельных и газообразных.

Знать: основные физические свойства жидкостей и газов их единицы измерения.

 

Жидкость – тело, обладающее большой подвижностью молекул, не имеющее самостоятельной формы и приобретающее форму сосуда в котором находится.

Все жидкости делятся на 2 класса: капельные (малосжимаемые) и газообразные (снимаемые). К первым относятся воды, нефть, бензин, керосин, спирт, масло и др., а ко вторым – газы.

Капельные жидкости с изменением давления мало изменяют свой объем, поэтому при решении практических задач их часто считают несжимаемыми.

Объем газообразных жидкостей изменяется под действием давления и температуры.

Объектом изучения в гидравлике являются капельные жидкости. Основное отличие жидкостей – текучесть, т.е. малое сцепление частиц, отсутствие сил трения между частицами в состоянии, поэтому жидкость принимает форму водоема.

Жидкость представляют в виде идеальной среды, неоживаемой и лишенной сил внутреннего трения (идеальная жидкость). Реальные жидкости также малосжимаемы, но обладают силами внутреннего трения, проявляющимися в движении (вязкостью).

Физическими свойствами жидкости являются: удельный вес, плотность, вязкость, сжимаемость, температурное расширение, капиллярность.

І. Удельный вес жидкости – все единицы объема жидкости, равный отношению веса (силы тяжести) жидкости к его объему.

Обозначается греч. буквой гамма γ = G/V

γ = G/V, [ ]

 

где G – все жидкости, Н; G = mg.

 

V = объем, занимаемый ею м³ , удельный вес – величина, зависящая от ускорения свободного падения в точке определения (обычно g = 9,81 ).

ІІ. Плотность – отношение массы жидкости к её объему

Ρ = , [ ]

 

Между удельным весом и плотностью существует связь через ускорение свободного падения g =

 

ρ = =

 

При t воды 4°С, ρ = 1000

Иногда в расчетах пользуются понятием удельного объема – величины, обратной плотности.

V_y = ,

Удельный объем – объем единицы массы жидкости.

В гидравлических расчетах удельный (объемный) вес определяют умножением значения плотности жидкости (величины, взятой из справочной литературы) на ускорение силы тяжести.

Плотность и объемный вес жидкости не являются постоянными величинами; они изменяются в зависимости от давления и температуры. При повышении температуры жидкости её плотность и объемный вес уменьшается, а удельный объем увеличивается. При понижении температуры изменение этих величин происходит в обратном направлении.

III. Температурное расширение – изменение объема жидкости при повышении её температуры. Характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения, обозначается βt (бета),

Βt = , [°C^-1]

 

Равен отношению приращения объема жидкости к её первоначальному объему V₀ при повышении температуры на 1°С и измеряется в . - приращение температуры жидкости градусов.

𝛥V - приращение объема жидкости при повышении её температуры на 𝛥t.

𝛥t = t_кон - t_нач

 

IV. Сжимаемость – свойство жидкости изменяться в объеме при изменении давления. Характеризуется коэффициентом объемного сжатия β_р который представляет собой отношение изменения объема при единичном изменении давления.

 

β_р =

 

β_р = , [Па^-1]

 

𝛥V = V₀ – V_t = V₁ – V₂ V₁ – начальный объем, V₂ – конечный объем.

𝛥p = p₀ – p_t = p₁ – p₂ начальное и конечное давление,

где 𝛥V – уменьшение объема жидкости при повышении давления на 𝛥p, м³.

𝛥p – приращение давления, .

V₀ - первоначальный объем жидкости, м³.

 

Знак минус указывает на уменьшение объема при повышении давления.

При гидравлических расчетах часто пользуются обратимой модулем упругости, Па

 

Е_ж =

 

V. Вязкость – свойство жидкостей оказывать сопротивление касательным усилиям (сдвигу). При движении жидкости происходит смещение соприкасающихся слоёв её частиц, сопровождаемое трением. В результате возникает сила противодействия вязкости, которая по закону Ньютона определяется по выражению:

τ = μa(𝛥v/𝛥y)

 

где μ – динамический коэффициент вязкости,

a – площадь соприкасаемых слоев.

𝛥v/𝛥y – относительный сдвиг или градиент скорости.

Динамический коэффициент вязкости представляет собой силу трения в 1 Н, действующий на 1 м² площади скольжения одного по другому у двух смененных слоев жидкости при градиентной скорости между ними – 1(1) сек.

𝛥ν = v₁ – v₂ - скорости двух слоев.

μ = , [Па*с]

 

Величина вязкости определяет степень подвижности частиц жидкости. Наиболее подвижные жидкости (вода) имеют низкую вязкость, а малоподвижные (тяжелые масла) характеризуются высокой вязкостью.

В гидравлических расчетах используют кинематическую вязкость, которую определяют по формуле

V = [ ]

 

При повышении температуры жидкости её вязкость уменьшается. Например, при увеличении температуры на 100°С вязкость воды снижается в 7 раз (коэффициент вязкости при t = 20°С пред. в табл. з-я динамического и кинематического).

Для чистой пресной воды зависимость вязкости от температуры выражается по формуле:

V = V₀(1+0.0158t)^-2 [ ]

 

Вязкость капельных жидкостей определяют вискозиметрами, она уменьшается с увеличением температуры (сопротивление растягивается усилием объемной поверхности натягиванием, притяжением).

Капиллярность – свойство жидкости подниматься или опускаться в трубах малого диаметра под действием дополнительного давления, вызываемого силами поверхностного натяжения.

Смазывающая способность – свойство жидкости уменьшить трение между соприкасающимися твердыми поверхностями путем образования между ними тонкой пленки.

Испаряемость – свойство всех капельных жидкостей, характеризуемое давлением насыщенных паров которое зависит от вида жидкости и её температуры. Давление насыщенных паров – это такое, при котором жидкость перестает кипеть, если давление в сосуде в процессе кипения повышается, или начинает кипеть, когда давление в сосуде понижается. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости.

Вязкозиметр – манометр, действие которого основано на изменении вязкости разряженного газа с изменением давления.