Гидравлика. Свойства жидкости. Силы действующие в жидкости. Гидростатическое давление и его свойства. Кинематика жидкости

Гидравлика – наука, изучающая законы покоя, движения жидкости и взаимодействия её с окружающими телами.

Жидкость – это сплошная среда, которая имеет всюду конечную непрерывную плотность и в ней в состоянии покоя отсутствуют касательные напряжения и действуют только нормальные напряжения, направленные во внутрь выделенного объёма.

Модели жидкости принятые в гидравлике:

1. невязкая не сжимаемая (идеальная)

2. вязкая не сжимаемая (нефть)

3. невязкая сжимаемая (ид. газ)

4. вязкая сжимаемая (реальные газы, ж-ть при высоких давлениях)

Св-ва ж-ти:

1. Плотность – масса в единице объёма

ρ=M/V=[кг/м³]

    удельный вес – вес в единице объёма

γ=G/V=[Н/м³]

γ=Mg/V=g*ρ

2. сжимаемость – способность ж-ти изменять свой объём под действием давления.

коэф-т сжимаемости – численно равен относительному изменению объёма при изменении давления на 1   βр=-ΔV/V*ΔP, величина обратная коэф-ту сжимаемости наз-ся модулем упругости k=1/β_р

3. температурное расширение оценивается коэф-том температурного расширения =относительному изменению объёма при изменении температуры на 1 градус.

Β=1/V*ΔV/Δt

4. сопротивление ж-ти расширению. Ж-ть способна сопротивляться расширению только при всестороннем растяжении, при условии, что она абсолютно чистая.

5. испаряемость- способность молекул ж-ти выходить ч/з свободную поверхность в газовое или воздушное пространство.

Скорость испарения – к-во ж-ти выходящей ч/з свободную поверхность в виде пара в единицу времени ч/з единицу поверхности.

Температура кипения, давление насыщенных паров – давление при к-ром ж-ть нах-ся в термодинамическом равновесии со своими парами.

6. способность ж-ти растворять газ. Все ж-ти способны растворять газ, к-во растворяемого газа зависит от природы ж-ти и газа, температуры и давления. Давление при к-ром ж-ть прекращает растворять газ – давление насыщения

7. поверхностное натяжение обусловлено поверхностными силами межмолекулярного взаимодействия.

8. вязкость – способность ж-ти сопротивляться относительному перемещению слоёв

dT=µ(dU/dn)*dS, dT-элементарная сила трения dU/dn –градиент скорости вдоль нормали n dS- S элементарной площадки dT/dS=τ  τ= +µ dU/dn- з-н трения Ньютона  µ = τ dn/dU

динамическая вязкость - µ численно = касательным напряжениям трения при градиенте скорости =1

кинематическая вязкость ν = µ/ρ =[Ст]

вязкость ж-ти сильно зависит от t^oC и незначительно от давления

µ=µ_o exp(-Ut)  ν = ν_o exp(-Ut) ф-ла Филонова, U- показатель кривизны дискограммы, µ_о, ν_о -дин-ая и кин-ая вязкость при 0 ^оС

µ=µ_o exp(-U[T-T_*]) ν=ν_o exp(-U[T-T_*]) ф-лаРейнольдса

µ=µ_* exp(α[P-P_*]) α – пъезокоэф-т вязкости µ_*- коэф-т вязкости при P_*

в природе существуют жидкости, не подчиняющиеся з-нам Ньютона, они наз-ся аномальными или неньютоновскими и проявляют одновременно св-ва тв. и жидкого  тела (изучает реология) кривые, получаемые при  испытании реологическими кривыми, или кривые течения, з-н описывающий эту кривую – реологический з-н

неньютовские ж-ти могут менять свои св-ва с течением времени

    τ                                                 3

                                                        1

                                                        2

                                      t(время)

1-реалстабильные ж-ти, вода

2-тиксотропные, касательные напряжения уменьшаются со временем(нефти, парафины)

3- реалпектические, касательные напряжения возрастают со временем

некоторые модели реалстабильных ж-тей

    τ                                2          3

                                                      1

                                                          4

τ_о

                                              dU/dn

1-ньютоновские ж-ти τ= µ dU/dn

2-вязко-пластик Шведова-Бенгама τ= τ_о+µ dU/dn τ_о-начальное напряжение сдвига после к-го начинается движение ж-ти(нефти содерж. Смолы и парафины

3-псевдо пластик τ=k(dU/dn)^m 0<m<1 k-показатель консистентности, m-показатель текучести, ж-ть у к-рой вязкость при увеличении градиента скорости убывает, ж-ть содерж небольшое к-во тв. взвесей( промышленные стоки)

4  τ=k(dU/dn)^m 1<m<∞  дилатантные ж-ти – содержащие большое количество тв.взвесей и при увеличении скорости движения эти частицы сталкиваюсь и обтекая друг друга увеличивают сопротивление, при больших градиентах скорости и для прикидочных расчётов можно пользоваться з-ном ньютона, но вместо дин. вязкости подставлять эффективную η dU/dn = k(dU/dn)^m  η =k(dU/dn)^m-1

силы действующие в ж-ти

силы бывают сосредоточенными или распределёнными, ж-тью воспринимаются только распределённые по поверхности или объёму силы.

силы бывают внешние и внутренние: внутренние -силы межмолекулярного взаимодействия

внешние-делятся на объёмные(массовые)(сила тяжести, инерции) и поверхностные(сила давления, трения)

удельной массовой силой наз-ся сила, приходящаяся на единицу массы

G/M=I=g-единичная  (удельная)массовая сила  F_ин /M=a

Удельной поверхностной силой н-ся сила, приходящаяся на единицу поверхности