1. Гидромеханические процессы и аппараты. Основные понятия и определения гидравлики.

Гидравлика — прикладная наука, которая состоит из гидростатики и гидродинамики.

Гидростатика рассматривает законы равновесия жидкостей, гидродинамика — законы из движения.

Гидродинамика включает в себя раздел гидромеханики, рассматривающий приложение этих законов к решению технических задач.

Знание гидродинамики необходимо при проектировании печных и сушильных аппаратов, вентиляционных систем и пневмотранспорта.

В гидравлике существует понятие идеальных и реальных жидкостей. Идеальная жидкость — теоретическая модель, которая вводится с целью упрощения задач и их математического решения. Она абсолютно не сжимаема, не изменяет объем под действием температуры, не обладает вязкостью. Основной особенностью реальной жидкостей является наличие сил сопротивления сдвигу, которое определяется таким свойством жидкости как вязкость. Вследствие этого идеальную жидкость называют невязкой, а реальную — вязкой.

Реальные жидкости делятся на капельные (малосжимаемые) и газообразные (сжимаемые).

Объектом изучения гидравлики являются капельные жидкости, а газы и пары изучаются термодинамикой.

2. Физические свойства жидкости.

Вязкость — свойство жидкости оказывать сопротивление силам, вызывающим перемещение одних слоев относительно других.

Согласно закона Ньютона, сила F, возникающая при перемещении одного слоя относительно другого (сила внутреннего трения) прямо пропорциональна градиенту скорости перемещения слоев dω/dn и площади их соприкосновения S. F = μ S dω/dn где μ – динамическая вязкость, зависящая от свойств жидкости.

Отношение касательной силы к поверхности называют напряжением внутреннего трения (напряжением сдвига и касательным напряжением). τ = F/S = - μ dω/dn Уравнение выражает закон внутреннего трения Ньютона. Знак — показывает что касательное напряжение тормозит слой, движущийся с большей скоростью. Отношение динамической вязкости μ к плотности жидкости, называют кинематической вязкостью. ν = μ/ρ. Вязкость выражается в Н*с/м2. Зависит от природы жидкости, температуры и давления. С повышением температуры вязкость капельных жидкостей уменьшается, а с повышением давления увеличивается. В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с повышением температуры.

Жидкости, которые подчиняются закону внутреннего трения Ньютона называются нормальными или Ньютоновскими. А жидкости, не подчиняющиеся этому закону — анормальными (неньютоновскими, структурированными).

Закону Ньютона не подчиняются растворы, пасты, бетоны и т. д.

3. Поверхностное натяжение. Давление.

Вызвано тем, что молекулы жидкости, расположенные на границе раздела фаз, притягиваются молекулами жидкости сильнее, чем молекулами окружающей среды. На поверхности жидкости возникает давление, направленное внутрь жидкости, которое и стремится уменьшить эту поверхность до минимума, это значит, что на создание новой поверхности необходимо затратить жнергию.

Работа А образования единицы поверхности на границе раздела фаз S называется поверхностным натяжением Ϭп = A/S.

Давление. Жидкость, занимающая объем сосуда, оказывает давление на его стенки и дно, а также на поверхность любого погруженного в нее тела. Внутри однородной несжимаемой жидкости на каждую элементарную площадку ∆S по нормали к ней действует сила ∆Р, в результате давления столба жидкости. ∆Р/∆S – среднее гидростатическое давление. Предел этого отношения представляет гидростатическое давление в точке или просто давление. Давление в любой точке жидкости одинаково по всем направлениям. Измеряется в Па (Н*кг/м2)

Давление выражается в физических (атм) и технических (ат) единицах, а также в барах (бар) или в мм. ст. монометрической жидкости (вода, ртуть). Между давлением в Н*кг/м2 и единицах столба жидкости существует связь

Р = γh = ρgh