I.1. Физические свойства жидкостей

* Это эмпирическая формула ЦАГИ. Частный случай резкого сужения – вход в трубу, для которого ζ_вх = 0,5.

Береда Н.Н.

 

Жидкостями называют физические тела, которые в отличие от твердых тел обладают текучестью. Будучи помещены в сосуд, жидкости принимают его форму. При этом жидкости могут быть капельными (несжимаемыми) и газообразными (сжимаемыми). Капельные жидкости почти не меняют объема при изменении давления (например, вода при возрастании давления на 1 атмосфер уменьшает объем на 1/20 000). В газах изменение давления приводит к значительным изменениям объема; например, при изотермическом увеличении давления вдвое объем газа уменьшается в 2 раза. В капельных жидкостях имеют место силы сцепления между частицами, что приводит к появлению поверхности уровня; в газах сил сцепления между молекулами нет.

В гидромеханике и газодинамике используется понятие континуума, или сплошности. Предполагается, что любая частица жидкой среды, сколь бы мала она ни была, имеет свойства, одинаковые со свойствами окружающего большого объема жидкости. В действительности континуум в жидкости часто нарушается. Например, в зоне пониженного давления в потоке жидкости может возникнуть явление кавитации, т.е. образование полостей (каверн), заполненных парами и газами, выделившимися из жидкости. Однако для большинства практических задач использование понятия сплошности является справедливым, что позволяет считать скорость течения, давление и другие параметры потока непрерывными функциями от координат. Молекулярные и внутриатомные эффекты при этом не учитываются.

Рассмотрим основные свойства жидкости.

Плотность. Это свойство характеризует инерционные качества жидкости. Плотностью ρ называют массу единицы объема жидкости. Если масса жидкости m занимает объем W, то

. (I.1)

Размерность плотности в системе СИ – кг/м³, в технической системе единиц – кгс·сек²/м⁴.

В случае неоднородной жидкости плотность определяется через предельный переход

.

Наряду с плотностью часто используется (особенно в гидравлике) понятие удельного веса. Удельным весом называют вес единицы объема жидкости. Удельный вес γ равен отношению веса жидкости G к ее объему и может быть получен из плотности умножением на ускорение силы тяжести g:

. (I.2)

Размерность удельного веса в системе СИ – н/м³, в технической системе единиц –кгс/м³.

В технической термодинамике и в некоторых разделах газодинамики в качестве величины, характеризующей плотностные качества газа, используется удельный объем w – объем, занимаемый единицей массы газа. Очевидно, что

.

Удельные веса и плотности некоторых жидкостей при температуре 20º С приведены в табл. 1.

Таблица 1