Предмет гидравлика и основные физические свойства жидкости. Основные физические свойства жидкости. Понятие об идеальной жидкости

ВВЕДЕНИЕ

Вода является непременной составляющей всего живого и необходима  в большинстве производственных процессов. Наличие воды, ее качество и количество нередко определяют возможность освоения и развития отдельных регионов страны.

Традиционные источники воды постепенно исчерпываются, поэтому возникает необходимость в поиске новых водоисточников. Угроза истощения, охрана источников водных ресурсов, загрязнение – это проблема современности.

Инженерам сельскохозяйственного производства, для которых предназначена данная книга, в своей производственной практике приходится сталкиваться со всеми аспектами использования воды (и других жидкостей), а также применением гидравлических машин и инженерных систем.

1. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

1.1. ПРЕДМЕТ ГИДРАВЛИКА И ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ

1.1.1. Предмет гидравлика

Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.

Прикладную часть гидромеханики, для которой характерен определенный круг технических вопросов, задач и методов их разрешения, называют гидравликой.

Гидравлика дает методы расчета и проектирования разнообразных гидротехнических сооружений (отверстий, мостов, плотин, каналов, водосливов, водопроводов), гидромашин (насосов, гидротурбин, гидропередач), использование подземных вод, или наоборот, борьба с ними и т.д.

В гидравлике, при анализе явлений, возникающих в жидкостях, находящихся в состоянии покоя или движения, широко используются как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Кроме того, достаточно широко применяются упрощенные приемы решения некоторых задач. В гидравлике главную роль играет опыт, дающий основу для исследований.

Цель изучения курса – получить знания, необходимые для решения инженерных задач, связанных с использованием и применением жидкостей в различных областях техники и сельского хозяйства.

ГИДРАВЛИКА – это прикладная инженерная наука, в которой изучаются законы равновесия (покоя) и движения капельных жидкостей, а также методы применения этих законов в различных областях инженерной практики.

Гидравлика происходит от греческих слов: хюдор – вода, аулос – труба. Гидравлика делится на две части:

1. Гидростатику – где рассматриваются законы равновесия жидкостей.

2. Гидродинамику – где изучаются законы движения жидкостей.

1.1.2. Основные физические свойства жидкости

Жидкость – это физическое тело, в котором связь между частицами слаба и которая всегда принимает форму сосуда, в котором она находится. Все жидкости в природе разделяются на: капельные и газообразные.

К капельным жидкостям относятся те, которые даже при повышенных давлениях не меняют объема (вода, нефть, бензин, спирт, ртуть).

Газообразные (не капельные), сжимаемые жидкости – это газы.

Реальная капельная жидкость обладает следующими свойствами:

1.  Большой подвижностью частиц (при малых силах).

2.  Сцеплением – свойство сопротивляться силам разрыва.

3.  Вязкостью – свойство сопротивляться сдвигающим, срезающим усилиям.

4.  Смачиванием – свойством при известных условиях «прилипать».

5.  Капиллярностью – способностью подниматься в смачиваемых ею трубках малого диаметра (за счет сил поверхностного натяжения).

6.  Весьма малой сжимаемостью (коэффициент объемного сжатия – число, определяющее относительное уменьшение объема жидкости при увеличении давления на одну атмосферу).

Плотность ρ (ро) - отношение массы тела к его объему (распределение массы по объему).

ρ = ,  кг/м³.                                                                           (1)

Удельный вес γ (гамма) - физическая величина, характеризующая распределение силы тяжести по объему.

,  н/м³.                                                                           (2)

Между удельным весом γ, плотностью ρ,  и ускорением свободного падения g существует следующая зависимость:

;  ; 

.                                                                                  (3)

Силы, возникающие при скольжении слоев жидкости, называются силами внутреннего трения. А жидкости, характеризующиеся наличием внутреннего трения, называются вязкими.

Вязкость жидкости характеризуется:

1. Динамическим коэффициентом вязкости   μ  (мю):

μ = ,  Н·с/м² (Па·с);

где:   - величина изменения скорости при переходе из слоя в слой (градиент скорости);

 - скорость смещения слоев относительно друг друга;

 - расстояние между осями слоев;

τ – касательное напряжение (при скорости = 0;  τ = 0).

Для твердого тела ;   μ = .

2. Кинематическим коэффициентом вязкости ν (ню) - отношение динамического коэффициента вязкости к плотности.

ν = ,   м²/с   ( см²/с = стокс).                                                (4)

Сжимаемость жидкости - свойство жидкости изменять свой объем под действием внешних сил.

Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия:

β_с = ,   м²/н.                                                                    (5)