2.3Вязкость, текучесть, кавитация

Текучесть – это свойство, означающее способность течь под влиянием самых малых сдвигающих усилий и обусловленное тем, что в покоящемся состоянии жидкости не способны сопротивляться внутренним касательным усилиям, т.е. усилиям, действующим вдоль поверхности сдвига. Этим, в частности, объясняется движение жидкости в трубе при наличии ничтожной разности давлений. [1]

Вязкость – свойство жидкости сопротивляться сдвигающим усилиям, возникающим при движении жидкости.

Рисунок 1.2.1 - Поле скоростей в потоке вязкой жидкости

– коэффициент динамической вязкости:

(1.2.1)

,

где Т – сила внутреннего трения, F – площадь соприкосновения слоев, - относительная скорость перемещения слоев.

Единицы измерения в системе СИ – Па^.с = Н^.с/м².

– коэффициент кинематической вязкости:

(1.2.2)

,

где ρ - плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, - удельный вес жидкости.

Единицы измерения v в системе СИ – м²/с.

В производственных условиях вязкость измеряют вискозиметром.

Вязкость жидкости уменьшается с увеличением температуры.

Кавитацией называется выделение из жидкости паров и газа, обусловленное местным палением давления в потоке, с последующей конденсацией паров в области более высокого давления.

При кавитации нарушается неразрывность потока жидкости, происходят местные гидравлические удары с повышенным давлением. Кавитация крайне вредное явление. В результате кавитационных явлений происходит механическое разрушение металлических деталей гидромашин (кавитационная эрозия), срыв работы насосов, уменьшение расхода трубопроводов и др. [2]

2.4Растворимость газов в жидкостях

Характеризуется количеством растворенного газа в единице объема жидкости, оно может быть различным для жидкостей и изменяться в зависимости от давления и температуры.

(1.3.1)

,

где V_г, V_ж – объем растворенного газа и жидкости, р₁, р₂ – начальное и конечное давление газа, k - коэффициент растворимости.

При понижении давления в жидкости происходит выделение растворенного в ней газа, причем газ выделяется из жидкости интенсивнее, чем растворяется в ней.

2.5Состояние насыщения

При определенных условиях жидкость может переходить в пар. Если парообразование происходит с поверхности жидкости, то такой процесс называют испарением.

Процессом кипения называют процесс, когда парообразование происходит во всем объеме жидкости. Вскипание жидкости во всасывающих полостях насосов, на гребных винтах судов (кавитация) может привести к нарушению режима их работы и даже разрушению. Если испарение может происходить при любых температуре и давлении, то кипение наблюдается при определенном для данной жидкости соотношении температуры и давления. Условия, при которых происходит кипение, называют состоянием насыщения, а соответствующие параметры ( давление, температура) – параметрами насыщения. [1]

2.6Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

2.7Капиллярность

Поверхностный слой капельной жидкости на ее свободной поверхности находится в особом напряженном состоянии, вызываемом неуравновешиваемостью действия молекулярных сил и характеризуемом силами поверхностного натяжения. Обычно этими силами пренебрегают.

3Гидромеханика

Гидромеханика делится на гидростатику и гидродинамику.

Гидростатика - раздел гидромеханики, в котором изучается равновесие жидкостей и воздействие покоящихся жидкостей на погруженные в них тела и на поверхности, ограничивающие жидкость.

Гидродинамика - раздел гидромеханики, изучает движение жидкостей и воздействие их на обтекаемые ими твердые тела.

3.2Гидростатика

3.2.1Силы, действующие на жидкость

Если жидкость находится в покое или равновесии, то важно знать, под действием каких сил это происходит.

В покоящейся жидкости нет перемещения слоев относительно друг друга. Это показывает, что в жидкости действуют не сосредоточенные силы, а силы непрерывно распределенные по ее массе (объему) и по поверхности. В связи с этим силы, действующие на жидкость, разделяют на массовые (объемные) и поверхностные.

Рисунок 2.1.1.1 - Схема действия сил тяжести на жидкость, находящейся в сосуде

Массовые силы пропорциональны массе жидкости, заключенной в данном объеме. Они включают силу земного притяжения или силу тяжести жидкости G, приложенную к центру массы С и направленную по вертикали вниз.

(2.1.1.1)

,

где m – масса жидкости в объеме V, g – ускорение свободного падения, - плотность жидкости, V – объем жидкости, - удельный вес жидкости.

В зависимости от характера массовых сил различают два вида покоя жидкости:

1. абсолютный покой, если массовые силы представляют только силами тяжести;

2. относительный покой, если на жидкость действуют кроме сил тяжести и силы инерции.

Поверхностными называют внешние силы, приложенные к поверхности, принадлежащей выделенному объему жидкости.

Эти силы обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или же воздействием других тел (твердых или газообразных), соприкасающихся с данной жидкостью.

К поверхностным относят силы атмосферного давления, вышележащих слоев жидкости, давления поршня, центробежные силы и др.