![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Физические свойства и модели жидкостей
Объектом исследования в гидравлике является так называемая капельная жидкость, которую, имея в виду молекулярную структуру и физические свойства, обычно определяют как состояние вещества, промежуточное между твёрдым телом и газом. Для жидкости характерна достаточно плотная упаковка молекул и наличие динамического “ближнего порядка” в их расположении, что роднит её с твёрдым телом. В то же время квазиупорядоченные группы молекул относительно подвижны, что придаёт жидкости сходство с газом и внешне проявляется в таком свойстве как текучесть. На это сходство обратили внимание ещё Эндрюс и Ван-дер-Ваальс, авторы идеи о непрерывности перехода вещества из газообразного состояния в жидкое. Поведение жидкостей в тех или иных условиях, описываемое законо-мерностями и зависимостями гидравлики, определяется их физическими свойствами и внешними воздействиями. К числу наиболее существенных свойств относят плотность, барическую и термическую сжимаемости, по-верхностное натяжение, вязкость. Плотность жидкости определяют как отношение ее массы к занимаемому объему
Для воды при обычных условиях r =1000 кг/м3.Обратную величину плотности называют удельным объемом v. Сжимаемость жидкости под действием внешних сил (барическая сжи-маемость) характеризуется коэффициентом объемного сжатия
где p– давление, Па; Т – температура. Для воды Влияние температуры на объем жидкости (термическая сжимаемость) характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения или сжатия
который для воды равен Силы межмолекулярного взаимодействия в поверхностном слое жидкости характеризуют коэффициентом поверхностного натяжения, численно равным силе, возникающей между двумя смежными площадками на свободной поверхности, если разделяющая их линия имеет единичную длину. Для воды этот коэффициент равен Вызываемое этим натяжением искривление свободной поверхности в месте контакта жидкости с твердой поверхностью изменяет молекулярное давление на внутренние слои жидкости, что приводит к появлению капиллярных эффектов. Высота поднятия (смачиваемая поверхность) или снижения (несмачиваемая поверхность) уровня жидкости в капилляре помимо коэффициента поверхностного натяжения зависит от радиуса капилляра. В тонких полимерных структурах (глинистые грунты) вода может подниматься на несколько метров. Способность слоев жидкости сопротивляться смещению называется вяз-костью. В движущейся жидкости возникают касательные напряжения, вели-чина которых зависит от прочности межмолекулярных связей и для норма-льных жидкостей выражается законом внутреннего трения Ньютона
где
Т – сила трения. Коэффициент динамической вязкости В расчётах часто используют коэффициент кинематической вязкости
имеющий размерность м2/с. Внесистемная единица 1 см2/с носит название стокс. С повышением температуры вязкость жидкостей уменьшается. Давление на значение Помимо нормальных или капельных жидкостей, существуют так назы-ваемые неньютоновские жидкости с аномальными вязкостными свойствами. Некоторые из них (бетон, асфальт, глина, тесто) оказывают сопротивление растягивающим усилиям, проявляют текучесть только под воздействием заметных сдвигающих сил и характеризуются наличием касательных напряжений даже в состоянии покоя. В других неньютоновских жидкостях нарушается линейная зависимость касательных напряжений от градиента скорости (эмульсии, суспензии, аэрированные жидкости). В гидравлике для упрощения анализа широко применяют различные модели жидкостей, наделяемые лишь теми свойствами, которые существенны для рассматриваемых явлений. Как правило, жидкость считают сплошной несжимаемой средой с непрерывно изменяющимися характеристиками, что позволяет исследовать ее поведение с помощью дифференциальных уравнений. Учет сжимаемости необходим, когда природа явления связана с упругими деформациями среды (ударные волны в трубопроводах). В ряде случаев характер гидравлических явлений слабо зависит от вязкости. Их анализ удобно проводить с использованием модели идеальной жидкости, в которой полностью отсутствуют силы внутреннего трения и эффекты, обусловленные сжимаемостью. При необходимости теоретические результаты корректируют на основе экспериментальных данных. В каждой конкретной ситуации выбранная модель жидкости должна обеспечивать получение максимально простыми средствами всей необходимой информации с достаточной для инженерных приложений точностью.
|