Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Температурное расширение жидкости



Повышая температуру жидкости, мы обычно заставляем ее молекулы удаляться друг от друга. Температурное расширение характеризуется коэффициентом температурного расширения βt, который равен относительному изменению объема W при изменении температуры на один градус:

, 1/град (2.9)

При нагревании жидкости в герметичном объеме в последнем повысится давление на величину Δр:

, Н/м2 (2.10)

Значение коэффициента температурного расширения βt зависит от давления, действующего на рассматриваемый объем жидкости. В частности, у воды он увеличивается с возрастанием давления при повышении ее температуры от 0 до 50оС и уменьшается с возрастанием давления при дальнейшем повышении ее температуры. У большинства других жидкостей коэффициент βt уменьшается с увеличением давления при любой температуре.

При гидравлических расчетах водопроводных сооружений температурным расширением воды можно пренебречь из-за незначительного изменения температуры и давления воды, а при расчете тепловых сетей температурное расширение воды учитывают.

Для воды, например, осредненное ориентировочное значение коэффициента температурного расширения βt равно 14·10-6 1/град.

 

Вязкость жидкостей

 

При движении жидкости в трубах и открытых руслах каждый слой ее частиц скользит по другому, т.е. внутри жидкости происходит процесс, аналогичный трению. Силы, возникающие в результате скольжения слоев жидкости, называют силами внутреннего трения, или силами вязкости.

Свойство жидкости оказывать сопротивление касательным усилиям называют тангенциальной вязкостью.

Рассмотрим движение жидкости, при котором скорости отдельных ее частиц параллельны оси трубы. Опыт показывает, что такое движение жидкости существует в природе (оно называется ламинарным и в дальнейшем будет подробно изучено). Скорости частиц, расположенных в некотором поперечном сечении трубы 1-1, отличаются друг от друга (рис. 2.1).

Скорость жидкости у стенки равна нулю, возрастает по направлению к оси трубы, достигая на оси наибольшего значения Umax. Поток жидкости может быть представлен как движение отдельных бесконечно тонких цилиндрических слоев жидкости, перемещающихся с различными скоростями, увеличивающимися к оси трубы.

Рис.2.1

Вследствие молекулярного движения молекулы жидкости пересекают слои жидкости, движущиеся по отношению друг к другу с относительной скоростью, благодаря чему на поверхности соприкасающихся слоев жидкости возникают силы трения. При этом слои жидкости, движущиеся быстрее, увлекают за собой слои, движущиеся медленнее, тормозят движение слоев, движущихся быстрее. В таком движении частицы жидкости в виде прямоугольника a, b, c, d деформируются в параллелограмм a,,b,, c,, d,. Деформация объема является обязательным условием возникновения сил трения.



Исаак Ньютон в 1687 году сумел установить, что силы внутреннего трения, возникающие между соседними движущимися слоями жидкости, прямо пропорциональны скорости относительного движения и площади поверхности соприкосновения, вдоль которых совершается относительное движение, зависят от рода жидкости и не зависят от давления.

Гипотеза Ньютона подвергалась многократной опытной проверке и полностью подтвердилась. Чрезвычайно ценные исследования для доказательства этой гипотезы были выполнены крупнейшим русским ученым, профессором Н.П. Петровым (1836-1920 гг.), создателем гидродинамической теории смазки.

гипотеза Ньютона стала законом жидкостного трения. В математической форме он выражается следующим образом

, (2.11)

где Т – сила внутреннего трения, н; – градиент скорости, имеющий положительный или отрицательный знак в зависимости от характера изменения скорости по сечению; dU – разность скоростей движения соседних соприкасающихся слоев жидкости в предположении, что эти слои являются бесконечно тонкими, м/с; dn – расстояние между осями соседних слоев, м; ω – площадь соприкасающихся слоев, м2; μ - динамический коэффициент вязкости, Па·с.

Силу трения Т, отнесенную к единице площади ω, называют касательным напряжением:

. (2.12)

Жидкости, подчиняющиеся выражениям (2.11) и (2.12), принято называть ньютоновскими.



Наряду с динамической вязкостью μ в гидравлических расчетах применяют кинематическую вязкость:

2/с (2.13)

Единицей измерения кинематической вязкости является стокс 1 Ст = 1 см2/с. Сотая часть стокса называется сантистоксом (сСт). Приборы для измерения вязкости называются вискозиметрами. Динамическую вязкость можно определить ротационными вискозиметрами.

На практике часто сравнивают время истечения жидкости со временем истечения воды. Это отношение называют условной вязкостью (ВУ) и измеряют в градусах Энглера:

. (2.14)

Но величина условной вязкости безразмерна и при решении задач неудобна, поэтому существуют эмпирические формулы пересчета. Одна из них

ºЕ - , см2/с (2.15)

В США и Англии получили распространение единицы измерения вязкости в секундах Редвуда (´´Re) и Сейболта (´´S), во Франции – градусы Барбье (оВ).

Вязкость жидкостей существенным образом зависит от температуры. Она уменьшается с ее ростом. От увеличения давления вязкость также зависит, увеличиваясь с его ростом. Причем эта зависимость для разных температур будет различной.

В пределах относительно небольших давлений (0…40 МПа) вязкость, например, минеральных масел изменяется с изменением давления практически линейно (примерно в три раза). В пределах давления 0…150 МПа вязкость повышается в 17 раз, 0…400 МПа – в сотни раз. При давлениях порядка 150…2000 МПа минеральные масла затвердевают.

Кроме ньютоновских жидкостей, существуют жидкости аномальные (структурные), которые не подчиняются закону Ньютона, и поэтому их называют неньютоновскими. Это осадки сточных вод (гели), цементные, глинистые и меловые растворы, парафинистые нефти вблизи температуры их застывания, разнообразные коллоидные растворы (белок, крахмал, клей), нефтяные эмульсии (смеси с водой), суспензии (шламы, гидроторф, озерный ил, битумы), молочные продукты, кормовые смеси, различного рода пасты.

Перечисленные аномальные жидкости подчиняются закону Шведова – Бингама

 

, Н/м2 (2.16)

 

где - начальное напряжение сдвига; µ - структурная вязкость.

Жидкости, подчиняющиеся выражению (2.16), называются еще бингамовскими, или вязко-пластичными. Для повышения достоверности расчетов таких жидкостей начальное напряжение сдвига , как правило, определяют экспериментально.

 

Гидростатика

 

В гидростатике рассматривается жидкость, находящаяся в общем случае в состоянии относительного покоя, т.е. при отсутствии взаимного перемещения отдельных ее частиц. При этом жидкость перемещается как твердое тело.

Частным случаем относительного покоя является «абсолютный» покой, под которым подразумевается покой относительно земли. Приведем несколько примеров.

1. Абсолютный покой – жидкость находится в покое в резервуаре, неподвижном относительно земли (рис. 3.1).

2. Относительный покой: а) жидкость находится в покое относительно железнодорожной цистерны, которая вместе с жидкостью движется прямолинейно с некоторым ускорением J (рис.3.2); б) жидкость находится в покое относительно резервуара, который вместе с жидкостью вращается с постоянной угловой скоростью W (рис.3.3).

Рис. 3.1   Рис. 3.2 Рис. 3.3

 

На жидкость, находящуюся в относительном покое, действуют массовые силы (сила тяжести и сила инерции переносного движения), а из поверхностных сил - только силы давления.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2018 год. Все права принадлежат их авторам!