Физико-механические свойства жидкости. Модель сплошной среды и ее гидродинамические параметры

Введение

Во введении даётся определение изучаемой дисциплины, отмечается объект, предмет и цель изучения «Гидравлики», указывается место дисциплины в системе подготовки дипломированных инженеров, специализирующихся в области станков, станочных комплексов и оборудовании сварочного производства. Приводится краткий исторический обзор развития современного состояния теории и практики гидравлических и пневматических приводов.

Полученные сведенья закрепляются ответами на вопросы контрольных тестов.

В процессе освоения дисциплины вам предстоит изучить четыре раздела, включающих в себя 14 тем.

Выполнить две лабораторных работы: «Изучение диаграммы уравнения Бернулли и местных потерь напора при установившемся движении жидкости в трубопроводе» и «Изучение потерь напора по длине при равномерном движении жидкости по трубе»; только студентам очной формы обучения специальности 151001.65 выполнить четыре практических работы. Студентам специальности 150202.65 и 151001.65 очно-заочной и заочной форм обучения выполнить одну контрольную работу

Ответить на вопросы тренировочных тестов.

Ответить на вопросы контрольных тестов.

Раздел 1. Основные теоретические положения

В процессе освоения раздела предстоит:

I. Изучить следующие темы:

1.1. Физико-механические свойства жидкости. Модель сплошной среды и ее гидродинамические параметры.

1.2. Гидростатика. Дифференциальные уравнения гидростатики Эйлера.

1.3. Элементы кинематики сплошной среды.

1.4. Основы динамики жидкости.

II. Ответить на вопросы тренировочного теста №1.

III. Ответить на вопросы контрольного теста №1.

Изучаемые вопросы:

- Определение жидкости и газа. Свойства упругости и текучести. Модель сплошной среды. Объёмная плотность. Вязкость.

- Силы и напряжения, действующие в жидкости. Гидромеханическое давление. Интегральное выражение объёмных и поверхностных сил через напряжение.

- Понятие об энергонапряженности жидкостей и газов.

Жидкости и газы – текучая среда. По свойству упругости жидкости в отличие от газов значительно ближе к твёрдым телам. При изучении гидромеханики, жидкости и газы рассматриваются в виде модели сплошной среды, которая представляется как множество материальных точек с непрерывным распределением вещественных кинематических и динамических характеристик и параметров. Одной из важных характеристик является объёмная плотность распределения ряда физических величин таких, как, например, массы (плотность ), энергии, количества движения. Свойство вязкости, противоположное текучести, характеризует внутреннее трение при движении жидкости и газа. Напряжение силы трения согласно закону Ньютона пропорционально относительной скорости деформации сдвига слоёв. Коэффициент пропорциональности с размерностью Па называется динамическим коэффициентом вязкости. В расчётах используется также и кинематический коэффициент вязкости, равный отношению динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости (газа).

Различают две категории внешних сил, действующих на жидкости и газы: объёмные (распределённые по объёму жидкости или газа) и поверхностные (распределённые по поверхности, ограничивающие объём). Пределы отношения элементарной объёмной силы к элементарному объёму, стремящемуся к нулю, является напряжением объёмной силы в точке объёма (размерность ). Поверхностные силы подразделяются на нормальные и касательные (только при движении жидкого тела). Предел отношения элементарной нормальной поверхностной силы к элементу поверхности, стремящийся к нулю, является напряжением сжатия (векторная величина, измеряемая в ). Среднеарифметическое значение проекций вектора напряжения сжатия называется гидромеханическим давлением (скалярная величина измеряется в ). Напряжение сжатия в точке объёма жидкости (газа) характеризуется, в соответствии с теоремой Гаусса – Остроградского, величиной градиента давления со знаком минус (векторная величина, размерностью ), интегралом по объёму от напряжений. В точке объёма получаются объёмная сила и нормальная поверхностная сила.

Энергонапряжённость жидкостей и газов характеризуется объёмной плотностью механической энергии (энергии, отнесённой к единице объёма, размерностью ), то есть гидромеханическим давлением.

Вопросы для самопроверки:

1. Поясните термины «жидкая среда», «капельные и газообразные жидкости».

2. Какие основных два свойства характеризуют жидкую среду?

3. Что представляет собой модель сплошной среды? Для чего она вводится в механику жидкостей и газов?

4. Что называется плотностью массы жидкой среды, и какая её размерность?

5. В чём проявляется свойство вязкости жидких сред в представлении Ньютона? Приведите закон (гипотезу) Ньютона о силах трения в жидкой среде при слоистом движении.

6. Какими коэффициентами определяется вязкость, и от каких внешних факторов они зависят?

7. В чём состоит отличие сил трения в жидкой среде от сил трения между твёрдыми телами?

8. Какие жидкости называются аномальными (неньютоновскими) и что представляет собой так называемая идеальная жидкость?

9. Какие внешние силы, действующие в жидкости, являются объектными, а какие – поверхностными?

10. Как записать выражение объёмной силы через её напряжение в точке объема жидкости?

11. Как записать выражение нормальной поверхностной силы через её напряжение в точке объёма?

12. Что называется гидромеханическим давлением (давлением жидкости), в чём состоит отличие давления от напряжения сжатия, и чем отличается давление жидкости от давления твёрдых тел?

13. Объясните физическую сущность обобщённого закона Ньютона о механических напряжениях в сплошной среде.

14. Что следует понимать под энергонапряжённостью жидкостей и газов?

Дата добавления: 2015-05-23