Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

ГИДРАВЛИКА

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИДКОСТИ

Модель жидкости, являющейся предметом изучения гидравлики, предполагает непрерывное распределение вещества в данном жидком теле.

Количество этого жидкого вещества в данном объеме характеризуется массой. Механическое определение массы — это отношение веса Сданного жидкого тела к ускорению свободного падения g:

Так как различные вещества могут иметь различную массу, занимая один и тот же объем, для их характеристики введено понятие плотности.

Плотностью (удельной массой) жидкого тела р называется масса, содержащаяся в единице объема. Для однородной жидкости, изучаемой в гидравлике, формула плотности имеет вид

где т — масса, содержащаяся в объеме W.

Удельным весом у называется вес единицы объема жидкости, т.е.

где G — вес жидкости, содержащейся в объеме W.

Подставляя в формуле (1.2 )G = mg, можно получить соотношение между удельным весом у и плотностью жидкости р:

Относительным весом 5 называется отношение веса данной жидкости к весу дистиллированной воды, взятой в том же объеме при температуре 4 °С.

Температурное расширение — способность жидкости изменять свой объем в процессе ее изобарического нагрева. Это свойство жидкости характеризуется коэффициентом температурного расширения Р;, который выражает относительное изменение объема Жпри изменении температуры на 1 °С, т.е.

Коэффициент температурного расширения Р; зависит от величины температуры и давления. Так, для воды при температурах t = 1... 10 °С и давлении/? = 105 Па рг=0,0015 1/град,априГ=90...100°Си/? = 107Па Р, = 0,00072 1/град. Для нефти коэффициент температурного расширения в 1,5...2 раза больше, чем для воды.

Сжимаемость жидкостей — свойство жидкости изменять свой объем под действием давления, характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который равен относительному изменению объема W при изменении давления на 105 Па и определяется по формуле

Знак «минус» обусловлен тем, что положительному приращению давления р соответствует уменьшение объема W.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем объемной упругости жидкости:

В среднем для воды ?» 2100 МПа, т.е. при изменении давления на 105 Па объем воды уменьшается в ^ раза. Для нефти ?’=1850 МПа.

Силы, действующие в жидкости. Действующие в жидкости силы подразделяются на массовые и поверхностные.

Массовые силы приложены к частицам жидкой среды, заполняющим данный объем, и действуют на каждый элемент объема независимо от того, существуют или нет рядом с этим элементом объема другие частицы жидкости; примером их служат сила тяжести и сила инерции.

Поверхностные силы действуют на поверхность жидкости (наружную или внутреннюю) и зависят от площади этой поверхности. К ним относятся силы взаимодействия между частицами, трение жидкости о поверхность твердого тела, давление тела на обтекающую его жидкость.

Внутренние силы — это группа поверхностных сил. При их определении пользуются методом сечений (как в сопротивлении материалов), состоящим в мысленном отбрасывании части объема жидкости и замене его действия на оставшийся объем силами, сплошным образом распределенными по его поверхности. Это реально действующие силы, силы, с которыми частицы взаимодействуют между собой. При рассмотрении этих сил обычно пользуются понятием напряжений, которое определяется из выражения

где R — внутренняя сила; со — площадь поверхности, на которую она действует.

Как известно, в упругом теле возможны три вида напряжений: растягивающие, сжимающие и касательные.

При определенных условиях жидкость способна сопротивляться очень большим растягивающим усилиям. Это сопротивление возникает только в дегазированных жидкостях. При нормальных условиях наличие в жидкостях мельчайших твердых частиц или пузырьков воздуха (газа) приводит к резкому снижению ее сопротивления растягивающим усилиям, поэтому на практике растягивающими напряжениями в жидкости пренебрегают.

Касательные напряжения в жидкости возникают только при ее движении и называются напряжениями трения.

По гипотезе И. Ньютона (1686 г.), обоснованной экспериментально профессором Н. П. Петровым (1883 г.), сила внутреннего трения Тв жид-

du

кости пропорциональна градиенту скорости — по нормали, площади трения со и коэффициенту, характеризующему^вязкость жидкости р:

или напряжения трения (рис. 1.1)

где р — коэффициент динамической вязкости, представляющий собой силу трения, приходящуюся на единицу поверхности при градиенте скорости, равном единице.

Единица вязкости в системе СИ — паскаль-секунда (Па • с). В честь Пуазейля единица вязкости была названа «пуаз»: 1 П = 1 г/(см • с); 1 Пас = 10 П.

Во многих расчетах пользуются понятием «кинематическая вязкость» (или коэффициент кинематической вязкости) — это отношение коэффициента динамической вязкости к плотности жидкости:

В системе СИ кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду (м2/с).

В покоящейся жидкости касательных напряжений или напряжений трения нет, так как в противном случае жидкость пришла бы в движение.

Схема течения жидкости вдоль стенки

Рис. 1.1. Схема течения жидкости вдоль стенки

Сжимающие напряжения в жидкости именуются давлением и обозначаются р. В случае равновесия жидкости пользуются термином «гидростатическое давление». Учитывая сказанное о растягивающих и касательных напряжениях для статических условий зависимость (1.7) представляет не что иное, как гидростатическое давление (рис. 1.2): Схема к определению гидростатического давления

Рис. 1.2. Схема к определению гидростатического давления

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы