Основные физико-механические свойства жидкостей
Плотность 
для однородной жидкости определяется отношением ее массы 
к объему 
:
. (1.3)
Для нефти и нефтепродуктов по формуле Менделеева имеем:
(1.4)
где: 
- плотность при 
;
- коэффициент объемного расширения.
Величина, обратная плотности, называется удельным объемом 
, т.е. удельный объем – это объем единицы массы:
(1.5)
Удельный вес 
- вес единицы объема:
(1.6)
Так как 
, то 
Вязкость. Вязкость – способность жидкости оказывать сопротивление сдвигающим усилиям.
Наличие вязкости приводит к тому, что при течении жидкости вдоль твердой стенки происходит торможение потока (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Профиль скоростей при течении вязкой жидкости вдоль стенки
Скорость 
движения слоев жидкости уменьшается по мере приближения к стенке вплоть до нуля. Между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями, происходит проскальзывание, сопровождающееся возникновением касательных напряжений (напряжений трения).
Различают кинематическую 
и динамическую 
вязкость, которые связаны между собой следующей зависимостью:
(1.7)
Единицей измерения коэффициента динамической вязкости 
является паскаль-секунда 
. Используется также единица измерения пуаз (П): 
Единицей коэффициента кинематической вязкости 
служит 
; применяют также единицу стокс (Ст): 1 Ст = 1 см2/с = 10-4 м2/с. Сотая доля стокса называется сантистоксом (сСт).
Плотность и кинематическая вязкость некоторых жидкостей при давлении 
представлены в Приложении 3.
|
|
|
Вязкость зависит от температуры, причем характер этой зависимости для жидкостей и газов различен: вязкость жидкостей с увеличением температуры уменьшается, тогда как вязкость газов, наоборот, увеличивается (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Зависимость кинематической вязкости от температуры
Это объясняется различием природы вязкости в жидкостях и газах. В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и вязкость вызывается силами молекулярного сцепления. Эти силы с увеличением температуры уменьшаются, поэтому вязкость падает. В газах же вязкость обусловлена, главным образом, беспорядочным тепловым движением молекул, интенсивность которого увеличивается с повышением температуры.
Вязкость жидкости зависит также и от давления, однако эта зависимость существенно проявляется лишь при относительно больших изменениях давления (в несколько десятков мегапаскалей). С увеличением давления вязкость большинства жидкостей возрастает.
При атмосферном давлении вязкость воды в зависимости от температуры определяется по формуле Пуазейля:
(1.8)
где: - кинематическая вязкость;
- динамическая вязкость;
|
|
|
- плотность воды при данной температуре;
t – температура воды.
Вязкость жидкости определяют при помощи приборов, называемых вискозиметрами. Для жидкостей более вязких, чем вода, применяют вискозиметр Энглера. Этот прибор состоит из емкости с отверстием, через которое при 
определяют время слива дистиллированной воды 
и жидкости 
, вязкость которой необходимо определить. Отношение величин и составляет число условных градусов Энглера:
(1.9)
Сжимаемость жидкости характеризуется модулем объемной упругости К (обобщенный закон Гука):
(1.10)
где 
- приращение (уменьшение) объема жидкости V, обусловленное увеличением давления на 
.
Средние значения модуля упругости некоторых жидкостей при постоянной температуре представлены в Приложении 5.
Величина, обратная модулю объемной упругости, называется коэффициентом объемного сжатия 
.
(1.11)
где V – первоначальный объем жидкости;
- изменение этого объема при увеличении давления на величину .
Температурное расширение капельных жидкостей характеризуется коэффициентом температурного расширения 
, выражающим относительное увеличение объема жидкости при увеличении температуры на 1 градус, т.е.
(1.12)
где V – первоначальный объем жидкости;
|
|
|
- изменение этого объема при повышении температуры на величину 
.
Плотность и удельный вес капельных жидкостей мало изменяются с изменением давления и температуры. Можно приближенно считать, что плотность не зависит от давления, а определяется только температурой.
Приближенное соотношение для расчета изменения плотности капельных жидкостей с изменением температуры:
(1.13)
Значения коэффициента 
в последнем соотношении находятся из таблиц в пределах заданного интервала температур (см. Приложение 9).
Зависимости плотности, кинематической и динамической вязкости воды от температуры приведены в Приложении 2.
Для идеальных газов справедливо уравнение Клапейрона, из которого следует:
(1.14)
где p – абсолютное давление;
R – удельная газовая постоянная, различная для разных газов, но не зависящая от температуры и давления (например, для воздуха 
);
Т – абсолютная температура.
Свойства реальных газов лишь незначительно отличаются от свойств идеальных, поэтому для них в широких пределах можно пользоваться уравнениями состояния идеальных газов.
В технических расчетах плотность газа обычно приводят к нормальным физическим условиям (
или к стандартным условиям (
.
|
|
|
Плотность воздуха при других условиях определяется по формуле:
(1.15)
Испаряемость. Испаряемость свойственна всем капельным жидкостям, однако ее интенсивность зависит от свойств конкретной жидкости, а также условий, в которых она находится. Одним из показателей, характеризующих испаряемость жидкости, является температура ее кипения при нормальном атмосферном давлении – чем выше температура кипения, тем меньше испаряемость жидкости.
В гидросистемах жидкости обычно находятся под избыточным давлением, поэтому испаряемость характеризуют давлением насыщенных паров, т.е. давлением, при котором данная жидкость, имеющая некую температуру, закипает.
Поверхностное натяжение. На поверхности раздела жидкости и газа действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать жидкости сферическую форму и вызывающие некоторое дополнительное давление. Однако это давление сказывается лишь при малых объемах жидкости.
Растворимость газов в жидкостях. Все жидкости обладают способностью растворять газы. Количество растворенного газа, например воздуха, в единице объема жидкости увеличивается с увеличением давления и температуры.
При понижении давления или температуры жидкости, газ, находившийся в ней в дисперсном состоянии, начинает бурно выделяться в виде пузырьков. Выделившиеся пузырьки образуют механическую смесь газа с жидкостью, которая отрицательно сказывается на работе гидросистем вследствие увеличения сжимаемости рабочего тела.
На время растворения газов в жидкости влияет величина поверхности соприкосновения этих двух сред. Так при вспенивании жидкости величина этой поверхности сильно увеличивается и время насыщения жидкости газом может уменьшиться до нескольких минут вместо нескольких часов, как это наблюдается в жидкостях со спокойной поверхностью.
Наличие растворенного в жидкости газа влияет на ее вязкость – чем больше в жидкости растворенного газа, тем меньше ее вязкость.
Образование пены. При эксплуатации гидросистем может образоваться пена, которая состоит из пузырьков воздуха различного размера. Пена понижает смазывающую способность масла, а также вызывает коррозию деталей гидравлических агрегатов и окисление масла. Устойчивая пена превращается со временем в вязкие включения, которые откладываются на внутренних поверхностях гидроагрегатов и могут нарушить их нормальную работу.
Пена образуется, как правило, тем интенсивнее, чем ниже поверхностное натяжение и давление насыщенного пара жидкости. Такие условия возникают при добавлении в жидкость даже небольшого (менее 0,1% по весу) количества свободной или растворенной воды.
Сопротивление растяжению. Согласно молекулярной теории сопротивление растяжению внутри жидкости может быть весьма значительным – теоретическая прочность воды на разрыв равна 
Реальные жидкости менее прочны. Максимальная прочность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при растяжении воды при 
, составляет 
, а технически чистые жидкости не выдерживают даже незначительных напряжений растяжения.
Так, попытка выдвинуть поршень из полностью заполненного жидкостью цилиндра, приводит к тому, что жидкость при этом «разрывается» - в ней образуются полости в виде пузырьков, заполненных насыщенными парами жидкости и растворенным газом (чаще всего воздухом) (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Пример появления кавитации
Обычно разрыв возникает при давлениях, лишь немного меньших давления насыщенного пара. Низкая прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так называемых кавитационных зародышей: микроскопических газовых пузырьков, твердых частиц с трещинами, заполненными газом, и др.
Появление в жидкости паровоздушных пузырьков называется кавитацией.
Сжимаемость жидкости, содержащей паровоздушную смесь, значительно возрастает. Сопротивление жидкостей растяжению уменьшается с увеличением растворенного в них газа и увеличивается после опрессовывания их давлением, а также в результате выдержки времени.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 42; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!