Техническая аэрогидродинамика. Жидкость как объект изучения.

Жидкость – физическое тело, обладающее текучестью.

Различают два вида жидкости: капельные и газообразные. Капельные жидкости в малых объёмах под действием силы тяжести приобретают форму капель. В больших количествах капельные жидкости образуют свободную поверхность.

Свободная поверхность – граница раздела капельных жидкостей различных плотностей.

Жидкость в гидравлике рассматривают как непрерывную среду, заполняющую

пространство без промежутков и пустот, т.е. отвлекаются от молекулярного строения жидкости и ее частиц, даже бесконечно малые, считают состоящими из большого числа молекул.

Вследствие текучести (подвижности частиц) в жидкости действуют силы не сосредоточенные, а непрерывно распределенные по её объему (массе) или поверхности. В связи с этим силы, действующие на объемы жидкости и являющиеся по отношению к ним внешними, разделяют на массовые (объемные) и поверхностные.
Физические и механические свойства жидкости.

1. Удельный вес жидкости, γ

2. Плотность жидкости (количество вещества в единице объёма), ρ [кг/м3].

,

,

.

3. Сжимаемость жидкости – свойство изменять свой объём при изменении давления.

– коэффициент сжимаемости,

,знак минус в формуле обусловлен тем, что положительному приращению давления p соответствует отрицательное приращение (т.е. уменьшение) объема V.

V₀ - первоначальный объём.

Величина, обратная β_ρ,представляет собой объемный модуль упругости K. Через модуль K и объемные отношения можно записать зависимость ∆V/V=−∆p/K, которую называют обобщенным законом Гука.

Капельные жидкости практически несжимаемы.

4. Температурное расширение (с увеличением температуры объём жидкости увеличивается).

β_Т — температурное расширение,

5. Вязкость жидкости – способность отдельных слоев жидкости при движении сопротивляться сдвигу одного слоя относительно другого.

Это свойство проявляется в том, что в жидкости при отдельных условиях возникают касательные напряжения. Вязкость есть свойство, противоположное текучести: более вязкие жидкости (глицерин, смазочные масла и др.) являются менее текучими, и наоборот.

При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока, обусловленное вязкостью. Скорость V уменьшается по мере уменьшения расстояния Y от стенки вплоть до V=0 при Y=0, а между слоями происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений (напряжение трения).

Согласно гипотезе, высказанной впервые Ньютоном в 1686 г., а затем экспериментально доказанной проф. Н.П. Петровым в 1883г., касательные напряжения в жидкости зависят от её рода и характера течения и при слоистом течении изменяется прямо пропорционально так называемому поперечному градиенту скорости. Таким образом:

μ – коэффициент динамической вязкости вещества.

Вязкость проявляется только при движении жидкости. Наряду с динамической вязкостью μ применяют кинематическую

(единица измерения кинематической вязкости является стокс)

ν – кинематическая вязкость.

6. Испаряемость и кипение.

Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако интенсивность испарения неодинакова у различных жидкостей и зависит от условий, в которых они находятся. Одним из показателей испаряемости жидкости, является температура её кипения при нормальном атмосферном давлении; чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости. В гидросистемах нормальное атмосферное давление является лишь частным случаем; обычно приходится иметь дело с испарением, а иногда и кипением жидкостей в замкнутых объемах при различных температурах и давлениях. Поэтому более полной характеристикой испаряемости жидкости является давление (упругость) насыщенных паров Р_Н.П ,выраженное в функции температуры. Чем больше давление насыщенных паров при данной температуре, тем больше испаряемость жидкости. С увеличением температуры давление Р_Н.П увеличивается, однако у разных жидкостей в разной степени.

Если для простой жидкости рассматриваемая зависимость является вполне определенной, то для сложных, представляющих собой многокомпонентные смеси (напр. бензин), давление Р_Н.П зависит не только от физико-химических свойств и температуры, но и от соотношения объемов жидкой и паровой фаз.

Р_Н.П. – давление насыщенных паров, соответствующие началу разрушения молекул жидкости и перехода их в молекулы газа.

Явление холодного кипения жидкости.

Гидростатика

-изучает законы равновесия жидкости.

Силы, действующие в жидкости:

1 cилы массовые или объёмные;

2.поверхностные силы.

Массовые силы считаются приложенными ко всему объёму рассматриваемой жидкости.

Массовые силы представлены двумя силами:

1. Сила тяжести G;

2. Сила инерции I.

Поверхностные силы - это силы, непрерывно распределённые по поверхности рассматриваемой жидкости.

Массовые силы можно перевести в поверхностные силы.

К поверхностным силам относится сила трения.

Давление

Жидкости практически не способны сопротивляться растяжению, а в неподвижных жидкостях не действуют касательные силы. Поэтому на неподвижную жидкость из поверхностных сил могут действовать только силы давления; причем на внешней поверхности рассматриваемого объема жидкости силы давления всегда направлены по нормали внутрь объема жидкости и, следовательно, являются сжимающими. Под внешней поверхностью жидкости принимают не только поверхность раздела жидкости с газообразной средой или твердыми стенками, но и поверхность объема, мысленно выделяемого из общего объема жидкости. Таким образом, в неподвижной жидкости возможен лишь один вид напряжения - напряжение сжатия, т.е. гидростатическое давление.

В любой точке жидкости гидростатическое давление не зависит от ориентировки площадки,

на которую оно действует, т.е. от углов её наклона по отношению к координатным осям.

(см. рис)

– элементарная поверхностная сила.

Давление в точке С:

– касательное напряжение в точке С.

Свойства давлений:

1. давление всегда направлено по нормали к площадке на которою оно действует;

2. давление не зависит от ориентации площадки в пространстве.

Виды давлений:

1. - абсолютное давление

2. - атмосферное давление

3. - избыточное давление

4. - давление вакуума

5. - манометрическое давление

( показывается прибором для измерения давления)