Основные физические свойства жидкостей и газов реферат

Обновлено: 05.07.2024

В первую очередь стоит сказать что жидкости, это то с чем мы постоянно сталкиваемся в процессе нашей повседневной жизни (даже первое восприятие окружающего мира для детей сводится к тому, что все вокруг состоит из твердых тел и жидкостей). Мы встречаемся с одними видами жидкостей наблюдаем другие, но при этом каждого из нас иногда посещает мысль о том какими свойствами обладает та или иная жидкость, а зависит ли это от ее структуры или же происходит какое либо изменение в жидкостях под воздействием окружающей среды, а поменяется ли структура жидкости когда она будет находится под каким-то воздействием с которым она не встречалась при нормальных условиях. Да и вообще какие бывают разновидности жидкостей и какова их структура. На эти вопросы ищут ответы ученные в области физики при помощи изучения жидкостей разных видов путем проведения различных опытов, с целью выявления их физических и химических свойств.

Содержание работы

Введение…………………………………………………………………………….…3
Определение жидкости……………………………………………………………..…4
Основные свойства жидкости……………………………………………..……. 4
Гидростатика………………………………………………………………………. …6
Гидростатическое давление………………………………………………..……. 6
Основное уравнение гидростатики…………………………………………. …7
Понятие о пьезометрической высоте и вакууме………………………………. 8
Приборы для измерения давления……………………………………………….10
Основы гидродинамики………………………………………………………………11
Основные понятия о движении жидкости. Уравнение расхода (неразрывности)…………………………………………………………………. 11
Уравнение Бернулли……………………………………………………….……..12
Режимы движения жидкости…………………………………………………..…14
Гидравлические сопротивления……………………………………………………. 15
Общие сведения о гидравлических потерях…………………………………….15
Местные сопротивления……………………………………………………….…17
Гидропривод……………………………………………………………………..……20
Принцип действия гидропривода……………………………………………..…20
Основные элементы объемного гидропривода……………………………….…21
Насосы объемного гидропривода…………………………………………………….22
Общая характеристика насосов и их классификация………………………..….22
Основные параметры объемных насосов……………………………….………23
Объемные гидродвигатели и гидроаппаратура………………………………. …..24
Объемные гидродвигатели……………………………………………….………24
Гидроаппаратура………………………………………………………….………28
Заключение……………………………………………………………………………..
Список источников……

Содержимое работы - 1 файл

ФГБОУ ВПО ВСГУТУ

Кафедра: Биомедицинская техника, процессы и аппараты пищевых производств

На тему: Жидкость и ее основные физические свойства

3-го курса Павлов А.В.

Введение………………………………………………………… ………………….…3

Определение жидкости………………………………………………………… …..…4

Основные свойства жидкости……………………………………………..……. ..4

Гидростатическое давление………………………………………………..…… . 6
Основное уравнение гидростатики………………………………………….. ..…7
Понятие о пьезометрической высоте и вакууме………………………………. 8
Приборы для измерения давления……………………………………………….10

Основные понятия о движении жидкости. Уравнение расхода (неразрывности)……………………………………… …………………………. 11
Уравнение Бернулли………………………………………………………. ……..12
Режимы движения жидкости…………………………………………………..… 14

Общие сведения о гидравлических потерях…………………………………….15
Местные сопротивления…………………………………………… ………….…17

Принцип действия гидропривода……………………………………………. .…20
Основные элементы объемного гидропривода……………………………….…21

Общая характеристика насосов и их классификация………………………..….22
Основные параметры объемных насосов……………………………….………23

Объемные гидродвигатели………………………………………… …….………24
Гидроаппаратура……………………………………… ………………….………28

В первую очередь стоит сказать что жидкости, это то с чем мы постоянно сталкиваемся в процессе нашей повседневной жизни (даже первое восприятие окружающего мира для детей сводится к тому, что все вокруг состоит из твердых тел и жидкостей). Мы встречаемся с одними видами жидкостей наблюдаем другие, но при этом каждого из нас иногда посещает мысль о том какими свойствами обладает та или иная жидкость, а зависит ли это от ее структуры или же происходит какое либо изменение в жидкостях под воздействием окружающей среды, а поменяется ли структура жидкости когда она будет находится под каким- то воздействием с которым она не встречалась при нормальных условиях. Да и вообще какие бывают разновидности жидкостей и какова их структура. На эти вопросы ищут ответы ученные в области физики при помощи изучения жидкостей разных видов путем проведения различных опытов, с целью выявления их физических и химических свойств.

Жи́дкость — одно из агрегатных состояний вещества . Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём.

Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом : газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.

Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведёт себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела).

Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.

Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур , ниже которого переходит в твердое состояние (происходит кристалли зация либо превращение в твердотельное аморфное состояние — стекло ), выше — в газообразное (происходит испарение). Границы этого интервала зависят от давления .

Как правило, вещество в жидком состоянии имеет только одну модификацию. (Наиболее важные исключения — это квантовые жидкости и жидкие кристаллы .) Поэтому в большинстве случаев жидкость является не только агрегатным состоянием, но и термодинамической фазой (жидкая фаза).

Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси . Некоторые смеси жидкостей имеют большое значение для жизни: кровь , морская вода и др. Жидкости могут выполнять функцию растворителей .

В технической гидромеханике под жидкостью понимают физическое тело, обладающее: а) в отличие от твёрдого тела текучестью; и б) в отличие от газа весьма малой изменяемостью своего объёма. Иногда жидкостью в широком смысле этого слова называют и газ; при этом жидкость в узком смысле слова, удовлетворяющую условиям а) и б) называют капельной жидкостью .

Жидкая частица — это часть жидкости, малая по сравнению с объёмом рассматриваемой жидкости, и в то же время содержащая макроскопически большое количество молекул жидкости.

2. Определение жидкости

Жидкость - физическое тело, обладающее свойством текучести, т.е. способностью неограниченно изменять свою форму под действием даже весьма малых сил, но в отличие от газов практически не изменяющее свой объем при изменении давления.

В гидравлике рассматривают только капельные жидкости. К ним относятся вода, нефть, керосин, бензин, ртуть и др. Газообразные жидкости - воздух и другие газы - в обычном состоянии капель не образуют. Основной особенностью капельных жидкостей является то, что в большинстве случаев их рассматривают как несжимаемые.

2.1. Основные свойства жидкости

Рассмотрим основные физические свойства жидкости: плотность, удельный вес, температурное расширение и вязкость.

1 Плотность - отношение массы жидкости m к занимаемому объему V :

Единица плотности в системе СИ- .Плотность воды при температуре .

где -вес жидкости в объеме V.

Для воды при имеем .

Между удельным весом и плотностью можно найти связь, если учесть что G=mg:

Температурное расширение. Характеризируется температурным коэффициентом объемного расширения, представляющим собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на :

Вязкость-свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее слоев. Это свойство проявляется в том, что в жидкости при ее движении между слоями возникают касательные напряжения. При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью (рис. 1.1). Скорость U уменьшается по мере уменьшения расстояния y от стенки.

Согласно гипотезе И.Ньютона касательные напряжения , возникающие в движущейся жидкости, зависят от ее рода и характера и прямо пропор-циональны градиенту скорости
	Рисунок 1.1 – Профиль скоростей при течении вязкой жидкости

где коэффициент динамической вязкости жидкости; -приращение скорости, соответствующее приращению координаты dy.

Градиент скорости характеризует интенсивность сдвига жидкости в данной точке, коэффициент - вязкость капельных жидкостей и имеет размерность Нс/м 2 (Па∙с).

На практике наиболее часто используется коэффициент кинематической вязкости

Он измеряется в . Для воды при .

3. Гидростатика

3.1 Гидростатическое давление

Гидростатика — это раздел гидравлики, в котором изучаются законы равновесия жидкости и применение этих законов для решения практических задач.

На жидкость, находящуюся в состоянии равновесия (покоя), действуют две категории сил: поверхностные и массовые.

Поверхностные силы - это силы, действующие на поверхности объемов жидкости, например, сила давления поршня, сила атмосферного давления. Массовыми являются силы, пропорциональные массе жидкости: силы тяжести, инерции. В результате действия внешних сил внутри жидкости возникает напряжение сжатия или гидростатическое давление. Итак, гидростатическим давлением р называется сжимающее напряжение, возникающее внутри покоящейся жидкости. Средним гидростатическим давлением называется отношение

где F- сжимающая сила, Н; S- площадь площадки, .

Гидростатическое давление, как и напряжение, измеряется в или в паскалях (Па):1 =1Па= = Кроме того, гидростатическое давление измеряется в , высотой столба жидкости, мм вод.ст. и мм рт. ст., в атмосферах физических ,а, и технических ,ат. На практике давление часто имеряют в технических атмосферах. Между единицами существует следующая связь: .

Гидростатическое давление имеет такие свойства:

а) гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали (перпендикуляру) к площадке, на которую оно действует (рис 2.1);

Рисунок 2.1 - Направление давления

б) гидростатическое давление в любой точке жидкости по всем направлениям одинаково.

3.2 Основное уравнение гидростатики

Возьмем в жидкости произвольную точку с координатой Z и глубиной погружения h (рис 2.2).

Прямая зависимость: больше масса атомов, значит больше плотность вещества. Рассматривая те же вещества в ином агрегатном состоянии, мы видим, что плотность их разная в зависимости от состояния. По Международной системе единиц для определения показателей плотности служит единица, выражаемая в кг/мі, однако практика допускает применение и других единиц, как г/смі, г/л, т/мі. У жидких веществ… Читать ещё >

Физические свойства жидкостей и газов ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Как определяют плотность жидкости? Указать ее наименование в системе СИ.

Единица плотности есть физический показатель характеристики, определяемой для веществ однородного характера (жидкого, твердого, газообразного) при помощи их массы в единице их объёма. Характеристика плотности для неоднородных же веществ исчисляется соотношением массы и объёма, когда весь объём вещества сосредотачивается в месте замера плотности. При снятии показаний плотности относительной берётся соотношение двух веществ при соблюдении нормальных условий: для жидких состояний относительная плотность снимается при температуре, относящейся к плотности дистиллированной воды 4 °C, а, определяя относительную плотность газов, исходят из отношения к плотности водорода (сухого воздуха) также при поддержании нормальных условий. С увеличением температуры растет давление вещества или тела, под воздействием чего происходит тепловое расширение, влекущее за собой уменьшение показателя плотности. Данная плотность при изменении агрегатного состояния для данного вещества также идёт на убыль, но скачкообразно.

По Международной системе единиц для определения показателей плотности служит единица, выражаемая в кг/мі, однако практика допускает применение и других единиц, как г/смі, г/л, т/мі.

Значения плотности для различных материалов находятся в довольно широких диапазонах измерений. Возможности определения плотности веществ в жидких и твердых состояниях носят название денсиметрии, некоторые её методы подходят и для газов.

Для чего нужно определять плотность? Для жидкостей, например, определение плотности важно пo двyм пpичинaм. Пepвaя заключается в оценке жидкости с кaчecтвeнной стороны, при проверке её плoтнocти смотрят на cooтвeтcтвиe жидкости нopмaм показателей качества. Тaкиe замеры делаются, как правило, лaбopaтopно, с помощью лaбopaтopных плoтнoмepов. Вторая пpичинa определения плoтнocти заключается в pacчeте мaccы жидкocти. Так как пpи измeнeнии тeмпepaтypы не происходит изменения мaccы жидкocти, то пpинятo учитывать количество жидкocти не по литрам, то есть нe пo oбъeмy, а пo мacce, то есть по килoгpaммам, в которых она выражается.

Характеристика плотности любого вещества зависит:

от массы атомов, находящихся в составе этого вещества;

от плотности компоновки соединений атомов, а также молекул в этом веществе.

У жидких веществ плотность же компоновки атомов и молекул ещё сохраняется высокой, поэтому плотность жидкого вещества не очень сильно отлична от его плотности в твердом виде.

У газов молекулы очень слабо соединены между собой с большой удалённостью друг от друга, поэтому плотность упаковки атомов очень низкая, а значит, вещество в виде газа обладает невысокой плотностью.

Численно плотность выражается в отношении массы вещества к его объему. Известная формула расчета: плотность = Масса / Объем.

Точность параметров при определении характеристики плотности имеет огромное значение в разработке и при выпуске средств измерений в различных промышленных сферах, как приборостроение и метрология, которые тесно связаны с анализом свойств определенных веществ и материалов. Не менее актуальным считается вопрос о выборе различных возможностей определения плотности веществ в исследованиях в космической сфере, в решении вопросов по охране окружающей среды, в вопросах исследования плазмы, а также в новых технических и научных отраслях.

Для определения характеристик плотностей жидкостей и газов существуют практически одинаковые методы. Средства измерения, представленные в виде плотномеров, различаются по своему конструктивному исполнении и принципу действия. Существует много разных групп методов возможного определения плотности. Большую группу составляют поплавково-весовые методы, базирующиеся на определении выталкивающей силы, действующей на тело или вспомогательный элемент — поплавок и по закону Архимеда имеющей прямо пропорциональную зависимость от плотности среды. К этой группе относятся измерения ареометром, посредством гидростатического взвешивания, поплавковый, флотационный способы определения плотности. К следующей группе относятся гидростатические методы определения характеристики плотности, которые определяет зависимость статического давления столба жидкости или газа постоянной высоты от их плотности. К отдельной группе можно отнести гидродинамические методы, зависимые от плотности других физических величин, например, времени истечения жидкости или газа из отверстия, степени удара струи о барьер, энергии потока жидкости, динамического давления.

Для определения плотности жидких веществ характерны следующие методы, и соответственно, средства измерений.

В отличие от твердого тела жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, вследствие чего она обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который ее помещают.

Жидкости подразделяют на два вида: капельные и газообразные. Капельные жидкости обладают большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы) и малым сопротивлением касательным и растягивающим усилиям (из-за незначительного сцепления частиц и малых сил трения между частицами). Газообразные жидкости характеризуются почти полным отсутствием сопротивления сжатию. К капельным жидкостям относятся вода, бензин, керосин, нефть, ртуть и другие, а к газообразным — все газы.

Гидравлика изучает капельные жидкости. При решении практических задач гидравлики часто пользуются понятием идеальной жидкости — несжимаемой среды, не обладающей внутренним трением между отдельными частицами.

К основным физическим свойствам жидкости относятся плотность, давление, сжимаемость, температурное расширение, вязкость.

Плотность — это отношение массы к объему, занимаемому этой массой. Плотность измеряют в системе СИ в килограммах на кубический метр (кг/м3). Плотность воды составляет 1000 кг/м3.

Используются также укрупненные показатели: – килопаскаль — 1 кПа= 103 Па; – мегапаскаль — 1 МПа = 106 Па.

Сжимаемость жидкости — это ее свойство изменять объем при изменении давления. Это свойство характеризуется коэффициентом объемного сжатия или сжимаемости, выражающим относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на единицу площади. Для расчетов в области строительной гидравлики воду считают несжимаемой. В связи с этим при решении практических задач сжимаемостью жидкости обычно пренебрегают.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, называется модулем упругости. Модуль упругости измеряется в паскалях.

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения, который показывает относительное увеличение объема жидкости при изменении температуры на 1 С.

В отличие от других тел объем воды при ее нагревании от 0 до 4 °С уменьшается. При 4 °С вода имеет наибольшую плотность и наибольший удельный вес; при дальнейшем нагревании ее объем увеличивается. Однако в расчетах многих сооружений при незначительных изменениях температуры воды и давления изменением этого коэффициента можно пренебречь.

Вязкость жидкости — ее свойство оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.

Силы вязкости проявляются при движении реальной жидкости. Если жидкость находится в покое, то вязкость ее может быть принята равной нулю. С увеличением температуры вязкость жидкости быстро уменьшается; остается почти постоянной при изменении давления.

Физические свойства газов, как и любого вещества начинаем с определений связанных с его массой и энергией. Так плотность газа, в определенном смысле равноправно, определяется следующим образом: • если известны конечные значения массы и размеры объема, то имеем • для бесконечно малых объемов вещества предельное значение плотности равно При расчетах коммерческого расхода газа пользуются относительной плотностью газа, т.е. отношением r - плотности газа к плотности сухого воздуха - ra при стандартных условиях. Относительная плотность газа по воздуху равна Плотность газа при 0°С и атмосферном давлении может быть определена по его молярной массе – Пересчет плотности при разных физических параметрах газа производим по формуле. Плотность газовой смеси определяется по правилу смешения (аддитивности) ai - объемные концентрации газовых компонент в смеси (0 ai 1), - плотности компонентов смеси. Удельный объем газа вычисляется следующим образом Средняя молярная масса смеси равна В термических расчетах, в зависимости от происходящего процесса, применяют понятие теплоемкости вещества - при постоянном давлении cp, и при постоянном объеме cv, для которых справедлива формула Майера Отношение теплоемкостей называется показателем адиабаты Другим важным физическим свойством реального газа является его сжимаемость. По сути сжимаемость газа является определяющим фактором отличающим отклонение газа от идеального. Характеристика сжимаемости определяется коэффициентом сжимаемости , или Z - фактором, в зарубежной терминологии, в модели реального газа. Коэффициент сжимаемости зависит от приведенных температуры и давления (Tm,pm), которые определяются следующим образом T,Tcr - текущая и критическая температура газа, p,pcr - текущее и критическое давление газа, например в трубопроводе Расчет коэффициента сжимаемости (по методике ОНТП 51-1-85) : По Губкинскому университетут: Рассмотрим физические свойства реальных газов связанных с его вязкостью. Как известно, вязкость сплошной среды определяет ее внутренее трение между слоями жидкости или газа при их относительном движении. Определяются из экспериментальных зависимостей между напряжением и градиентом скорости. Для расчета касательных напряжений, используется понятие коэффициента динамической вязкости, который используется при расчете касательных напряжений по формуле: v, n - скорость относительного течения и ее нормаль к линиям тока; - коэффициент динамической вязкости газа (Па с); - напряжения внутреннего трения (Па). Для кинематической вязкости введено обозначение: Практически все природные газы содержат водяные пары. Наличие водяных паров в газе способствуют образованию гидратов на поверхности трубы. Различают w - абсолютную массовую и - объемную влажности Эти формулы не учитывают отклонение законов реального газа от законов идеального газа. Поэтому вводится понятие относительной влажности газа. Относительная влажность газа это отношение фактического количества водяных паров к максимально возможному (при одних и тех же давлениях и температуре) в единице объема: mw,T - максимально возможное количество водяного пара, которое может находится при данной температуре T ; mw -плотность пара; w,T - плотность насыщенного пара; pw - парциальное давление водяного пара в газовой смеси; pw,T - давление насыщенного водяного пара в газовой смеси. Температура, при которой газ становится насыщенным при определенном далении, называется точкой росы. При технологических расчетах газопровода газ должен быть осушен так, чтобы температура его транспортировки была бы на на несколько градусов ниже его точки росы.

Жидкость в гидравлике рассматривают как сплошную среду без пустот и промежутков. Кроме того, не учитывают влияние отдельных молекул, то есть даже бесконечно малые частицы жидкости считают состоящими из весьма большого количества молекул.

Из курса физики известно, что вследствие текучести жидкости, т.е. подвижности ее частиц, она не воспринимает сосредоточенные силы. Поэтому в жидкости действуют только распределенные силы, причем эти силы могут распределяться по объему жидкости(массовые или объемные силы) или по поверхности (поверхностные силы).

Объемные (массовые) силы

К объемным (массовым) силам относятся силы тяжести и силы инерции. Они пропорциональны массе и подчиняются второму закону Ньютона.

К поверхностным силам следует отнести силы, с которыми воздействуют на жидкость соседние объемы жидкости или тела, так как это воздействие осуществляется через поверхности. Рассмотрим их подробнее.

Пусть на плоскую поверхность площадью S под произвольным углом действует сила R

Силу R можно разложить на тангенциальную Т и нормальную F составляющие.

Тангенциальная составляющая называется силой трения Т и вызывает в жидкости касательные напряжения (или напряжения трения):

= T / S

Единицей измерения касательных напряжений в системе СИ является Паскаль (Па) - ньютон, отнесенный к квадратному метру (1 Па = 1 Н/м 2 ).

Давление в жидкости

Нормальная сила F называется силой давления и вызывает в жидкости нормальные напряжения сжатия, которые определяются отношением:

Нормальные напряжения, возникающие в жидкости под действием внешних сил, называются гидромеханическим давлением или просто давлением.

Системы отсчета давления

Рассмотрим системы отсчета давления. Важным при решении практических задач является выбор системы отсчета давления (шкалы давления). За начало шкалы может быть принят абсолютный нуль давления. При отсчете давлений от этого нуля их называют абсолютными - P_абс.

Однако, как показывает практика, технические задачи удобнее решать, используя избыточные давления P_изб, т.е. когда за начало шкалы принимается атмосферное давление.

Давление, которое отсчитывается "вниз" от атмосферного нуля, называется давлением вакуума P_вак, или вакуумом.

где P_атм - атмосферное давление, измеренное барометром.

Связь между абсолютным давлением P_абс и давлением вакуума P_вак можно установить аналогичным путем:

И избыточное давление, и вакуум отсчитываются от одного нуля (P_атм), но в разные стороны.

Таким образом, абсолютное, избыточное и вакуумное давления связаны и позволяют пересчитать одно в другое.

Единицы измерения давления

Практика показала, что для решения технических (прикладных) задач наиболее удобно использовать избыточные давления. Основной единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, возникающему при действии силы в 1 Н на площадь размером 1 м2 (1 Па = 1 Н/м2).

Однако чаще используются более крупные единицы: килопаскаль (1 кПа = 10 3 Па) и мегапаскаль (1 МПа = 10 6 Па).

В технике широкое распространение получила внесистемная единица - техническая атмосфера (ат), которая равна давлению, возникающему при действии силы в 1 кгс на площадь размером 1 см 2 (1 ат = 1 кгс/см 2 ).

Соотношения между наиболее используемыми единицами следующие:

10 ат = 0,981 МПа ≈ 1 МПа или 1 ат = 98,1 кПа ≈ 100 кПа.

В зарубежной литературе используется также единица измерения давления бар

В каких ещё единицах измеряется давление, можно посмотреть здесь

Рассмотрим некоторые свойства жидкостей, которые оказывают наиболее существенное влияние на происходящие в них процессы и поэтому учитываются при расчетах гидравлических систем.

Плотность и удельный вес

Важнейшими характеристиками механических свойств жидкости являются ее плотность и удельный вес. Они определяют "весомость" жидкости.

Под плотностью ρ (кг/м 3 ) понимают массу жидкости m, заключенную в единице ее объема V, т.е.

Вместо плотности в формулах может быть использован также удельный вес γ (Н/м 3 ), т.е. вес G = m⋅g, приходящийся на единицу объема V:

γ = G / V = m⋅g / V = ρ⋅g

Изменения плотности и удельного веса жидкости при изменении температуры и давления незначительны, и в большинстве случаев их не учитывают.

Плотности наиболее употребляемых жидкостей и газов (кг/м 3 ):

бензин	710. 780
керосин	790. 860
вода	1000
ртуть	13600
масло гидросистем (АМГ-10)	850
масло веретенное	890. 900
масло индустриальное	880. 920
масло турбинное	900
метан	0,7
воздух	1,3
углекислый газ	2,0
пропан	2,0

Вязкость

Вязкость - это способность жидкости сопротивляться сдвигу, т. е. свойство, обратное текучести (более вязкие жидкости являются менее текучими). Вязкость проявляется в возникновении касательных напряжений (напряжений трения).

Рассмотрим слоистое течение жидкости вдоль стенки (рисунок)

В этом случае происходит торможение потока жидкости, обусловленное ее вязкостью. Причем скорость движения жидкости в слое тем ниже, чем ближе он расположен к стенке. Согласно гипотезе Ньютона касательное напряжение, возникающее в слое жидкости на расстоянии у от стенки, определяется зависимостью:

Закон трения Ньютона

=	μ⋅	dv
		dy

где dv/dy - градиент скорости, характеризующий интенсивность нарастания скорости v при удалении от стенки (по оси у), μ ‑ динамическая вязкость жидкости.

Течения большинства жидкостей, используемых в гидравлических системах, подчиняются закону трения Ньютона, и их называют ньютоновскими жидкостями.

Однако следует иметь в виду, что существуют жидкости, в которых закон Ньютона в той или иной степени нарушается. Такие жидкости называют неньютоновскими.

Величина μ, входящая в формулу (динамическая вязкость жидкости), измеряется в Па⋅с либо в пуазах 1 П = 0.1 Па⋅с. Пуа́з (обозначение: П, до 1978 года пз; международное - P; от фр. poise) - единица динамической вязкости в системе единиц СГС. Один пуаз равен вязкости жидкости, оказывающей сопротивление силой в 1 дину взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и взаимно перемещающихся с относительной скоростью 1 см/с.

1 П = 1 г / (см·с) = 0,1 Н·с/м²

Единица названа в честь Ж. Л. М. Пуазёйля. Пуаз имеет аналог в системе СИ - паскаль-секунда (Па·c).

Вода при температуре 20 °C имеет вязкость 0,01002 П, или около 1 сантипуаза.

Однако на практике более широкое применение нашла

Единицей измерения последней в системе СИ является м 2 /с или более мелкая единица - см 2 /с, которую принято называть стоксом, 1 Ст = 1 см 2 /с. Для измерения вязкости также используются сантистоксы: 1 сСт = 0,01 Ст.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры, причем вязкость капельных жидкостей с повышением температуры падает, а вязкость газов - растет (см. рисунок).

Это объясняется тем, что в капельных жидкостях, где молекулы расположены близко друг к другу, вязкость обусловлена силами молекулярного сцепления. Эти силы с ростом температуры ослабевают, и вязкость падает. В газах молекулы располагаются значительно дальше друг от друга. Вязкость газа зависит от интенсивности хаотичного движения молекул. С ростом температуры эта интенсивность растет и вязкость газа увеличивается.

Вязкость жидкостей зависит также от давления, но это изменение незначительно, и в большинстве случаев его не учитывают.

Сжимаемость

Сжимаемость - это способность жидкости изменять свой объем под действием давления. Сжимаемость капельных жидкостей и газов существенно различается. Так, капельные жидкости при изменении давления изменяют свой объем крайне незначительно. Газы, наоборот, могут значительно сжиматься под действием давления и неограниченно расширяться при его отсутствии.

Для учета сжимаемости газов при различных условиях могут быть использованы уравнения состояния газа или зависимости для политропных процессов.

Сжимаемость капельных жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия β_р (Па -1 ):

β_р =	dV	·	1
	dp		V

где dV - изменение объема под действием давления; dр - изменение давления; V - объем жидкости.

Знак "минус" в формуле обусловлен тем, что при увеличении давления объем жидкости уменьшается, т.е. положительное приращение давления вызывает отрицательное приращение объема.

При конечных приращениях давления и известном начальном объеме V₀ можно определить конечный объем жидкости:

а также ее плотность

ρ₁ =	ρ₀
	(1 - β_р·Δp)

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия β_р, называется объемным модулем упругости жидкости (или модулем упругости) К = 1/ β_р (Па).

Эта величина входит в обобщенный закон Гука, связывающий изменение давления с изменением объема

Модуль упругости капельных жидкостей изменяется при изменении температуры и давления. Однако в большинстве случаев K считают постоянной величиной, принимая за нее среднее значение в данном диапазоне температур или давлений.

Модули упругости некоторых жидкостей (МПа):

бензин	1300
керосин	1280
вода	2000
ртуть	32400
масло гидросистем (АМГ-10)	1300
масло индустриальное 20	1360
масло индустриальное 50	1470
масло турбинное	1700

Температурное расширение

Способность жидкости изменять свой объем при изменении температуры называется температурным расширением. Оно характеризуется коэффициентом температурного расширения β_t:

β_t =	dV	·	1
	dT		V

где dT- изменение температуры; dV- изменение объема под действием температуры; V - объем жидкости.

При конечных приращениях температуры:

ρ₁ =	ρ₀
	1 + β_t·ΔT

Как видно из формул, с увеличением температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается.

Коэффициент температурного расширения жидкостей зависит от давления и температуры:

Т, °C	p, МПа	β_t, 1/град
0	0,1	14·10 -6
100	10	700·10 -6

То есть при разных условиях коэффициент температурного расширения изменился в 50 раз. Однако на практике обычно принимают среднее значение в данном диапазоне температур и давления.Например, для минеральных масел β_t ≈ 800·10 -6 1/град.

Газы весьма значительно изменяют свой объем при изменении температуры. Для учета этого изменения используют уравнения состояния газов или формулы политропных процессов.

Испаряемость

Любая капельная жидкость способна изменять свое агрегатное состояние, в частности превращаться в пар. Это свойство капельных жидкостей называют испаряемостью. В гидравлике наибольшее значение имеет условие, при котором начинается интенсивное парообразование по всему объему - кипение жидкости.

Для начала процесса кипения должны быть созданы определенные условия (температура и давление). Например, дистиллированная вода закипает при нормальном атмосферном давлении и температуре 100°С. Однако это является частным случаем кипения воды. Та же вода может закипеть при другой температуре, если она будет находиться под воздействием другого давления, т. е. для каждого значения температуры жидкости, используемой в гидросистеме, существует свое давление, при котором она закипает.

Давление при котором жидкость закипает, называют давлением насыщенных паров (p_н.п.).

Величина p_н.п. всегда приводится как абсолютное давление и зависит от температуры.

Для примера на рисунке приведена зависимость давления насыщенных паров воды от температуры.

На графике выделена точка А, соответствующая температуре 100°С и нормальному атмосферному давлению р_а. Если на свободной поверхности воды создать более высокое давление р₁, то она закипит при более высокой температуре Т₁ (точка В на рисунке). И наоборот, при малом давлении р₂ вода закипает при более низкой температуре Т₂ (точка С).

Растворимость газов

Многие жидкости способны растворять в себе газы. Эта способность характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, различается для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Генри прямо пропорциональным давлению, то есть:

V_г	= k·	p
V_ж	= k·	p₀

где V_г - объем растворенного газа, приведенный к нормальным условиям (p₀, Т₀);
V_ж - объем жидкости;
k - коэффициент растворимости;
р - давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20°С:

вода	0,016
керосин	0,13
минеральные масла	0,08
жидкость АМГ-10	0,1

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление может отрицательно сказывается на работе гидросистем.

Давление - физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. Для обозначения давления обычно используется символ p - от лат.pressura (давление).

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.

Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.

Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Читайте также: