поверхневу напругу

РІДИНА ТА ЇЇ ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ

Рідиною в гідравліки називають фізичне тіло здатне змінювати свою форму при впливі на неї як завгодно малих сил.

Розрізняють два види рідин:

Краплинні рідини являють собою рідини в звичайному, загальноприйнятому розумінні цього слова (вода, нафта, гас, масло і т.д.).

Газоподібні рідини - гази, в звичайних умовах являють собою газоподібні речовини (повітря, кисень, азот, пропан і т.д.).

Малюнок 1.1 - Види рідин

Основною відмінною рисою крапельних і газоподібних жідкостейявляется здатність стискатися (змінювати обсяг) під впливом зовнішніх сил. Краплинні рідини (надалі просто рідини) важко піддаються стисненню, а газоподібні рідини (гази) стискаються досить легко, тобто при впливі невеликих зусиль здатні змінити свій обсяг в кілька разів.

Малюнок 1.2 - Стиснення рідин і газів

Основний механічною характеристикою рідини є її щільність.

щільністю # 961; називають масу рідини, укладену в одиниці об'єму; для однорідної рідини маємо:

Одиниця виміру в СІ - кг / м 3.

Іноді в довідниках наводиться відносна щільність речовини.

Об'ємним або питомою вагою називають вага одиниці об'єму рідини:

де G - вага рідини;

W - обсяг рідини.

Одиниця виміру в СІ - Н / м 3.

Між щільністю і питомою вагою існує наступна залежність:

Коротко розглянемо основні фізичні властивості крапельних рідин:

1. Стисливість - властивість рідини змінювати свій об'єм під дією тиску, характеризується коефіцієнтом # 946; p об'ємного стиснення. який являє собою відносну зміну обсягу, що припадає на одиницю тиску:

де # 916; W - зменшення обсягу при збільшенні тиску на # 916; p;

W0 - початковий обсяг рідини.

Одиниця виміру # 946; p - м 2 / Н (Па -1).

Знак «-» у формулі вказує на те, що при збільшенні тиску обсяг рідини зменшується.

Величина зворотна коефіцієнту об'ємного стиснення носить назву об'ємний модуль пружності.

Одиниця виміру в СІ - Н / м 2 (Па).

Для крапельних рідин модуль E дещо зменшується зі збільшенням температури і зростає з підвищенням тиску.

2. Температурне розширення рідини характеризується коефіцієнтом об'ємного розширення. які представляють собою відносну зміну об'єму рідини при зміні температури на 1 ° С:

де # 916; t - зміна температури рідини.

Одиниця виміру ° С -1.

На поверхні рідини діють сили поверхневого натягу, які прагнуть надати об'єму рідини сферичну форму і викликають деякий додатковий тиск в рідині. Однак це тиск помітно позначається лише при малих розмірах і для сферичних обсягів (крапель) визначається формулою:

де # 963; - коефіцієнт поверхневого натягу рідини;

r - радіус сфери.

У трубах малого діаметра це додатковий тиск викликає підйом або опускання рідини щодо нормального рівня. Це явище носить назву капілярності.

В'язкістю називається властивість рідини чинити опір відносному руху її частинок. В'язкість рідини обумовлює наявність сил внутрішнього тертя, що виникають при русі реальної рідини.

Гіпотеза Ньютона про внутрішнє тертя була підтверджена численними дослідами професора Н.П. Петрова і стала, таким чином, законом внутрішнього тертя рідини (сила внутрішнього тертя F. виникає між двома шарами рухається прямолінійно рідини, прямо пропорційно площі поверхні S дотичних шарів, градієнту швидкості. А також залежить від роду рідини і температури):

де F - сила внутрішнього тертя, що виникає між шарами рідини при їх відносному русі;

S - площа дотику труться шарів;

- градієнт швидкості, що представляє собою зміну швидкості на одиницю товщини шару рідини;

# 956; - динамічний коефіцієнт в'язкості (Па # 8729; с).

Також застосовують пуаз (П): 1П = 1 г / (см · с) = 1 дин · с / см 2 = 0,1 Па · с

Динамічний коефіцієнт в'язкості чисельно дорівнює дотичному напруженню # 964; при градієнті швидкості

Знак «±» відноситься до і залежить від напрямку відліку.

де # 964; - сила тертя, яка припадає на одиницю площі (дотичне напруження).

В'язкість - є властивість, протилежне плинності: більш в'язкі рідини є менш текучими і навпаки.

При перебігу потоку уздовж твердої стінки відбувається гальмування потоку, обумовлене в'язкістю.

В інженерній практиці використовується й інша характеристика в'язкості - кінематичний коефіцієнт в'язкості. який являє собою відношення μ до щільності рідини:

Розмірність коефіцієнта кінематичної в'язкості м 2 / с.

Також застосовують стокс (Ст) і сантістокс (сСт):

1 Ст = 1 см 2 / с = 10 -4 м 2 / с

1 сСт = 1 мм 2 / с = 10 -6 м 2 / с

Для визначення в'язкості застосовують прилади, які називаються вискозиметрами.

В'язкість рідин, більш вузьких, ніж вода (масло, нафтопродукти та ін.), Визначають віскозиметром Енглера. Ставлення часу закінчення випробовуваної рідини Tж до часу закінчення дистильованої води Tв відповідає числу градусів умовної в'язкості (ºВУ) або градусів Енглера (ºЕ):

Перерахунок в'язкості, вираженої в градусах Енглер, в одиниці виміру СІ (м 2 / с) здійснюється за формулою:

В'язкість крапельних рідин залежить від температури і зменшується зі збільшенням останньої. В'язкість же газів зі збільшенням температури зростає.

В'язкість рідин залежить також від тиску, проте ця залежність істотно проявляється лише при високому тиску, порядку декількох сотень кгс / см 2. Зі збільшенням тиску в'язкість більшості рідин зростає.