Основные свойства жидкости

I. Курс лекций

Главные характеристики воды и газа. Гидростатика

Главные характеристики воды

Система вещественных точек, безпрерывно заполняющая некую часть места, именуется сплошной средой. Сплошная среда представляет собой модель реально имеющихся материалов, т.е. яв­ляется определенной идеализацией, полезной для решения многих прак­тических задач. Моделью сплошной среды пользуются для описания жид­ких тел Основные свойства жидкости (воды, нефти, нефтепродуктов и т.д.), жестких деформируемых тел (металлов, горных пород), также газообразных веществ (воздуха, природного газа). Жидкость в гидромеханике рассматривается как сплошная среда, что очень комфортно при использовании математического аппарата непрерывных функций.

Плотность охарактеризовывает массу сплошной среды (в том числе и воды), содержащуюся в единице объема.

Средняя плотность Основные свойства жидкости среды в довольно малом объеме DV, содержа­щем точку М(х, у, z), определяется по формуле

rср = Dm/DV, (1.1)

где D m — масса сплошной среды, заключенная в объеме DV.

В точке М плотность равна

r (х, у, z, t) = . (1.1¢)

Если r не находится в зависимости от координат х, у, z Основные свойства жидкости, т.е. плотность одна и та же во всех точках среды, то последняя именуется однородной.

Вместе с плотностью среды вводится ее удельный вес

g = rg, (1.2)

где g — ускорение свободного падения.

Размерности и единицы измерения для величин r и g приведены ниже.

Величина ………………………. Плотность Удельный вес

Размерность …………………. M/L3 M/(L2T Основные свойства жидкости2)

Единица измерения в СИ …….. кг/м3 кг/(м2× с2) либо Н/м2

Силы, действующие на частички сплошной среды, делятся на два вида: массовые и поверхностные.

Силы, распределенные по объему V, именуются массовыми силами. Примером таких сил может служить сила тяжести, сила инер­ции, электрические силы.

Массовые силы Основные свойства жидкости характеризуются плотностью массовых сил (напряжением массовых сил). Если Dm — масса простого объема DV, содержащего точку М(х, у, z), а D — сила, действующая со стороны наружных тел на частички, входящие в объем DV, то плотность массовых сил точке М(х, у, z) определяется из выражения

(x,y,z,) = . (1.3.)

Плотность массовых Основные свойства жидкости сил — векторная величина и имеет размер­ность ускорения

Поверхностные силы представляют собой силы, распределенные по поверхности, ограничивающей рассматриваемый объем. На наружной коже поверхностные силы отражают взаимодействие тела с окружающей средой. К поверхностным силам относят силы давления, силы реакции тела на поток, силы внутреннего трения в среде.

Поверхностные силы в сплошной среде характеризуются Основные свойства жидкости вектором напряжений

(1.4)

где D — главный вектор сил, приложенных с одной стороны к некото­рой малой площадке Ds.

Напряжение — размерная величина. Размерность напряжения опреде­ляется на базе формулы (1.4) :

В каждой точке М (х, у, z) сплошной среды можно выстроить нескончаемое число векторов напряжений, определяемых ориентацией избранной площадки. Любой из этих векторов Основные свойства жидкости может иметь нормаль­ную по отношению к площадке и касательную составляющие.

В покоящейся воды отсутствуют касательные напряжения, а обычные напряжения являются сжимающими. Растяжения в среде, именуемой жидкостью, невозможны, а нескончаемо малые сдвигающие усилия сразу вызывают начало течения. Потому жидкость воспринимает форму того сосуда, в который она налита Основные свойства жидкости.

Основной соответствующий параметр для воды — давление р. В по­коящейся воды модули обычных напряжений на всех площад­ках, проходящих через данную точку, равны меж собой и именуются давлением в данной точке.

Давление — это скалярная величина, имеющая размерность напряжения

.

Различают давление абсолютное, лишнее и вакуум. Давление р, определенное выше, именуют абсолютным. Если за начало Основные свойства жидкости отсчета принимается атмосферное давление ра , то излишек абсолютного давле­ния р над атмосферным именуется лишним давлением pи= р — ра. При всем этом может быть два варианта:

1) абсолютное давление р больше ра, тогда Ри= р — ра > 0 и изме­ряется манометрами, потому оно именуется еще манометричес­ким;

2) абсолютное Основные свойства жидкости давление р меньше ра, тогда ри =р — ра < 0, и взя­тая с оборотным знаком эта разность определяет вакуум: Рв = — р — = ра — р. Вакуум указывает, как абсолютное давление меньше атмосферного. Величина рвизмеряется вакуумметрами.

Пар именуется насыщенным, когда число молекул, переходящих из воды в пар, равно числу молекул, совершающих оборотный переход Основные свойства жидкости. В данном случае в паре устанавливается полностью определенное при данной температуре давление, называемое давлением насыщенного пара рп.

Давление насыщенного пара рп находится в зависимости от рода воды и от темпе­ратуры. Давления насыщенных паров воды, легкой нефти, бензина и глинистого раствора при различных температурах приведены в табл. 1.1.

Кипение в воды наступает Основные свойства жидкости, когда температура становится выше, чем температура кипения при данном давлении, либо вследствие снижения давления до значений, наименьших давления насыщенного пара при данной температуре. Кипение, возникающее в передвигающейся воды вследствие местных снижений давления до давления насыщенного пара, именуется кавитацией.

Жидкость именуется несжимаемой, если ее плотность не находится в зависимости Основные свойства жидкости от

давления, т.е. dr /dp = 0.

Если плотность воды меняется зависимо от давления, то величина

(1.5)

именуется коэффициентом сжимаемости. Он равен относительно­му изменению объема воды при изменении давления на одну едини­цу. Коэффициент сжимаемости имеет размерность, оборотную давлению:

[bp]СИ= Па-1 .

Таблица 1.1.

Давления насыщенных паров (Па) неких жидкостей

Жидкость Температура, °С Основные свойства жидкости
Вода
Легкая нефть
Бензин
Глинистый раствор

Продолжение табл. 1.1

Жидкость Температура, °С
Вода
Легкая нефть
Бензин
Глинистый раствор

Величина оборотная коэффициенту сжимаемости, именуется модулем большой упругости воды

К= 1/br . (1.6)

Для воды среднее значение модуля большой упругости К=2 ×109 Па; Для керосина К=1,7 ×109 Па ; для дизельного горючего К=1,6 ×109 Па; для других нефтепродуктов К=1,3 ×109 Па.

Плотность Основные свойства жидкости воды может изменяться при изменении температуры. В данном случае изменение плотности характеризуется коэффициентом термического большого расширения bТ , определяемым по формуле

bТ = lim­ ,(1.7)

Коэфициент термического большого расширения bТ равен относительному изменению объема воды при изменении температуры на один градус. Размерность bТ обратна температуре

[bТ] СИ = градус-1 .

Если известна плотность нефтепродуктов при 15 °С Основные свойства жидкости (r15) , то величину r при другой температуре можно найти по формуле Менделеева:

, (1.8)

где t – температура нефтепродуктов, °С ; bТ – коэффициент, зависящий от r15 .

Значения коэффициента bТ в формуле Менделеева приведены ниже:

r15 , кг/м3 ……………… 700 800 850 900 920

bТ × 10 –4,°С ……………… 8,2 7,7 7,2 6,4 6,0

В общем случае

.

Безупречная и вязкая воды. Есть две всераспространенные модели воды. 1-ая из их подразумевает Основные свойства жидкости, что в воды и при движении нет касательных напряжений. Это модель безупречной воды. 2-ая модель учитывает при движении касательные напряжения. Это модель вязкой воды.

В простом случае прямолинейного слоистого течения связь меж касательным напряжениям t и производной скорости u по нормали определяется законом вязкого трения Ньютона

. (1.9)

Коэффициент пропорциональности m в Основные свойства жидкости этой формуле именуется динамическим коэффициентом вязкости. Этот коэффициент определяется качествами воды и находится в зависимости от давления и температуры. Размерность динамического коэффициента вязкости

Для свойства вязких жидкостей вводят очередной коэффициент – кинематический коэффициент вязкости v :

v=m /r


osnovnie-sredstva-otchet-nezavisimogo-auditora-konsolidirovannaya-finansovaya-otchetnost.html
osnovnie-sredstva-prodolzhenie-gosudarstvennij-registracionnij-nomer.html
osnovnie-sredstva-zashiti-protiv-konfliktov-i-strahov.html