Основні фізичні властивості рідин

Предмет технічноґ механіки рідини та газу. Основні фізичні властивості рідин. Гідростатика. Гідростатичний тиск та його властивості.

Лекція 1.

Технічна прикладна механіка рідини та газу, чи технічна гідромеханика – наука про основні закони руху рідин (як краплинних, також газоподібних), а також про силову їх взаємодію з твердими тілами. Технічна гідромеханіка є інженерною дісциплиною, тому що її висновки спрямовані до вирішення технічних задач. Виникла вона із сполучення двох наук – гидравліки (науки про закони рівноваги та руху краплинної рідини) та аеродінаміки (науки про рівновагу та рух газів).

В технічній гідромеханіці застосовуються основні закони класичної Ньютоновської механіки щодо рідини та газу, а також розглядаються емпірічні взаємини, покладени в основу розрахунку інженерних пристроїв та споруд – гідравлічних машин, трубопроводів, каналів, плотин, тощо.

Рідини – фізичні тіла, які мають, на відміну від твердих тіл, рухомість частинок. Вони бувають краплинні та газоподібні (гази).

Краплинні рідини мають великий опір до стиску та малий опір до зусиль що розтягують, тобто легко змінюють форму, але вкрай тяжко – об’єм. До крапельних рідин належать вода, бензин, олія тощо, які мають у нормальних умовах видиму поверхню розділу з повітряним середовищем.

Газоподібні рідини, тобто гази, у тому ж числі повітря, характеризуються вкрай малим опром до стислення за причиною великих відстанів між молекулами. Вони легко змінюють як форму так і об’єм, у нормальному повітряному середовищі не мають поверхні розділу, оскільки знаходяться ”газ у газі”.

З позицій гідромеханіки далі вживатимемуся терміни “краплинна рідина” (нестислива), “стислива рідина” (газ) та само “рідина”, коли буде мова про загальні властивості рідин у широкому змісті.

Рідина має течимість – здібність змінювати форму під дією власної сили ваги, тобто приймати форму місткості.

Щільіність рідини - r - її маса m₁, яка міститься у об’ємі W:

, (у СІ).

Щільність води при температурі 4 С = 1000 кг/м³ є розрахунковою величиною у гідравлічних задачах. При цьому рідина в основних розділах гідравліки та гідромеханіки у цілому вважається однорідною, яка складається з безличі безрозмірних частинок.

Питома вага рідини - g - це є вага рідини, яка припадає на одиницю об’єму: , Н/м³.

Питома вага води при температурі 4 С дорівнює 9810 Н/м³.

Щільність та питома вага рідини зв’язані співвідношенням ;

g - земне притяжіння, яке дорівнює 9,81 м/с².

Відносна щільність d_р і відносна питома вага рідини d_g - це безрозмірні величини відносин щільності та питомої ваги рідини при будь-якої температурі до тих же величин при 4 С_.

Щільність та питома вага рідини є функцією температури, та при потребі, знаходяться за довідником (4).

Стисливість рідини – властивість змінювати об’єм під дією прикладеного тиску. Краплинні рідини характеризуються малою стисливістю, газоподібні – значною.

Для краплинних рідиин стислимість визначається за допомогою коефіціента об’ємного стіслення:

, м² /Н, де

W- первинний об’єм рідини, DW- зміна цього об’єму при зміні тиску на Dr. Для води м²/Н

- модуль пружності рідини. Для води E=2*10^-9 Па.

Для газоподібних рідин при визначенні стисливості треба ураховувати рівняння Клапейрона: , де – абсолютний тиск, Па; R – питома газова постійна, різноманітна для різних газів, але не залежна від температури і тиску данного газу (для повітря R=287 Дж/кг⁰К); Т – абсолютна температура; ⁰К.

Температурне розширення рідини – властивість змінювати об’єм під дією збільшення температури.

Для краплинних рідин ця властивість характеризується коефіцієнтом температурного розширення:

, де

W- первинний об’єм рідини, DW- зміна цього об’єму в результаті нагріву, Dt - вкличина підвищення температури.

В’язкість рідини – властивість рідини вказувати опір до зсуву.

Повздовж плоскої стінки у рідині, що рухається, має місто розподіл швидкостей.

у

Рис.1. Визначення в'язкості рідини.

Дотичне напруження, яке виникає на кордоні шарів рідинн: , Н/м², де

m -називають динамічною в’язкістю рідини. Одиниці вимірювання

Динамічна в’язкість краплинних рідин при збільшенні температури зменьшується, а газоподібних – збільшується.

При 20⁰С динамічна в’язкість води дорівнює =0.001 Па^.с. При підвищенні температури до 100⁰С зменьшується майже в 1.7 разів. Значення доведені в довіднику (4).

Кінематична в’язкість рідини - це відношення динамічноґ в’язкості до щільності :

Розмірність [n]=м²/с

=

Окрім перелічених властивостей рідини мають властивості кипіння, кавітації, поверхневого натяжіння [1.2]. Але ці властивості в технічній гідромеханиці вивчаються у спеціальних курсах.

Дата добавления: 2014-12-25