Некоторые физические свойства жидкостей (газов)

Плотность. Масса единицы объема жидкости называется плотностью и обозначается через :

(кг/м³). (2.6)

Плотность капельных жидкостей (газов) сравнительно мало изменяются под действием давления или при изменении температуры.

Плотность газа может быть рассчитана на основе уравнения состояния для идеальных газов:

, (2.7)

где Р – давление, Н/м²;

Т – температура, К;

М - масса 1 кмоль газа, кг/кмоль;

R - универсальная газовая постоянная, которая равна 8314 Дж/(кмольград).

Из уравнения (2.7) получаем:

pVM=mRT или ; .

Объем, занимаемый единицей массы газа, или величина, обратная плотности, называется удельным объемом и обозначается через :

.

Давление. В отличие от твердых тел частицы жидкости обладают большой подвижностью и при воздействии силы перемещаются. Жидкость будет находиться в равновесии, если действующие силы распределены по поверхности и направлены перпендикулярно к ней.

На любую поверхность твердых тел граничащая с ней жидкость воздействует с некоторой силой давления, направленной всегда перпендикулярно к этой поверхности. Силы давления появляются при изменении объема жидкости или при ее сжатии.

Давление определяется по формуле:

при

где G, F – изменение силы и площади соответственно.

Приборы для измерения давления (манометры или вакуумметры) показывают не абсолютные давления Р_абс внутри замкнутого объема, а разность между абсолютным и атмосферным или барометрическим давлением Р_атм.

Эту разность называют избыточным давлением Р_изб, если давление в объеме превышает атмосферное, и разрежением Р_вак, если оно ниже атмосферного. Таким образом,

Р_абс = Р_изб + Р_атм; Р_абс = Р_атм - Р_вак .

Вязкость. Свойство жидкости оказывать сопротивление усилиям, вызывающим перемещение ее частиц, называется вязкостью.

На рисунке 2.1 изображены два параллельных слоя площадью F каждый, причем расположенный выше слой движется со скоростью (+d), большей, чем скорость расположенного ниже слоя, на бесконечно малую величину d. Опыт показывает, что касательная сила G, которую надо приложить для сдвига, тем больше, чем больше градиент скорости , характеризующий изменение скорости, приходящееся на единицу расстояния по нормали между слоями.

Кроме того, сила G пропорциональна площади соприкосновения слоев.

Следовательно,

, (2.8)

где  – коэффициент пропорциональности.

Возникающая внутри жидкости сила сопротивления равна приложенной силе G и направлена в противоположную сторону. Отношение этой силы к поверхности соприкосновения слоев обозначают через  и называют напряжением внутреннего трения, а также напряжением сдвига или касательным напряжением.

Рисунок 2.1- К характеристике вязкости

Соответственно, уравнение (2.8) примет вид:

. (2.9)

Коэффициент пропорциональности  в уравнении (2.8) или (2.9) называют динамическим коэффициентом вязкости.

Динамическая вязкость в СИ выражается:

.

Иногда вязкость жидкостей характеризуют кинематическим коэффициентом вязкости или кинематической вязкостью:

. (2.10)

Вязкость капельных жидкостей значительно снижается с возрастанием температуры. Вязкость газов, наоборот, увеличивается с ее повышением.

Поверхностное натяжение. В ряде процессов в оборудовании для очистки газов капельная жидкость при движении соприкасается с газом (или паром) или с другой капельной жидкостью, практически не смешивающейся с первой. Поверхность раздела между фазами стремится к минимуму под

действием поверхностных сил. Следовательно, капли, взвешенные в газе (паре) или в другой жидкости, и пузырьки газа в жидкости принимают форму, более или менее близкую к шарообразной. Это объясняется тем, что молекулы жидкости внутри ее объема испытывают примерно одинаковое воздействие соседних молекул, в то время как молекулы, находящиеся непосредственно у поверхности раздела фаз, притягиваются молекулами внутренних слоев жидкости сильнее, чем молекулами окружающей среды. В результате на поверхности жидкости

возникает давление, направленное внутрь жидкости по нормали к ее поверхности, которое и стремится уменьшить эту поверхность до минимальной величины. Следовательно, для создания таких новых поверхностей необходима некоторая затрата энергии. Работу, требуемую для образования единицы новой поверхности называют межфазной, или поверхностным натяжением и обозначают через .

Поверхностное натяжение выражается в следующих единицах:

.

Из приведенных выражений для  следует, что поверхностное натяжение можно рассматривать также как силу, действующую на единицу длины поверхности раздела жидкости и соприкасающейся с ней среды.

Поверхностное натяжение уменьшается с увеличением t. С величиной  связаны характеристики смачивания капельными жидкостями твердых материалов; смачивание оказывает существенное влияние на гидродинамические условия протекания процессов в абсорбционных аппаратах.