Випаровування і кипіння рідини.

В залежності від температур, рідини можуть переходити у різні стани, твердий – крига і газоподібний – пара. Пара, що виділяється на вільній поверхні називається пароутворенням. Це властивість всіх капілярних рідин і залежить від умов знаходження і властивостей рідини. Більш повною характеристикою випаровування є тиск насиченої пари, який відповідає температурі кипіння.

Насиченою парою називають пару, яка знаходиться в замкненому просторі в термодинамічній рівновазі з рідиною того ж самого складу.

Чим більше тиск при заданій температурі, тим більше випаровування. Кипіння виникає, коли тиск насиченої пари при заданій температурі відповідає зовнішньому тиску.

Кавітація.

Порушення суцільності в середині рідини з утворенням у крапельній рідині порожнин, котрі заповнюються парою газом чи їх сумішшю – називається кавітацією. Кавітація породжується, якщо тиск у рідині стає меншим за тиск насиченої пари при даній температурі. Зменшення тиску відбувається у наслідок збільшення місцевої швидкості в потоці рідини і називається гідродинамічна кавітація, також кавітація може відбуватися в наслідок проходження акустичної хвилі великої інтенсивності це, явище є акустична кавітація.

Явище кавітації, зустрічається у трубах з місцевим звуженням, де утворюється обмежена зона кавітації бульбашки, що утворюються в цій зоні просуваються в зону більш високого тиску де різко захлопуються, викликаючи тим самим ударну хвилю. Багаторазові удари, руйнують поверхню яку обтікає рідина. Така кавітація найпоширеніша на лопаттях гідравлічних турбін насосів, а також гвинтах суден.

Але ефект кавітації використовують і в багатьох технологічних процесах таких як, ультразвукове чищення поверхонь деталей, емульгування рідин, прискорення хімічних процесів.

Такі явища як кипіння, конденсація, кавітація, обмежують собою область застосування законів і залежностей гідравліки.

Ідеальна рідина.

У гідравліці зустрічаються завдання, коли можна нехтувати,вязкістю, тоді можна вважати , що рідина має абсолютну рухомість часток.

Така уявна рідина, з абсолютною незмінністю об’єму, повною відсутністю в’язкості називається ідеальною рідиною. Поняття ідеальної рідини, було введено у гідравліку Ейлером.

Така уявна рідина дає змогу вирішення багатьох складних задач гідравліки. Але при вирішенні задач необхідно враховувати різницю між реальною і ідеальною рідинами.

Розділ 2

Гідростатика крапельних рідин

Гідростатика (від грецького хюдор – вода і статіке – рівновага). Вивчає закони рівноваги рідин під дією прикладених сил, а також дією рідини, що знаходиться в стані спокою на занурені тіла та обмежуючі стінки.

Вивчення законів рівноваги або руху рідини, дають змогу розглянути різні стани рідини.

Сили, що діють на рідину.

Зовнішні сили – які прикладені до частинок рідини з боку інших фізичних тіл або енергетичних полів.

Внутрішні сили – взаємодії між частками рідини.

На рідину ,що знаходиться у стані спокою, діють дві групи зовнішніх сил:

1. Масові сили – це сили, що діють на всі частинки рідини і пропорційні масі частинок. До таких сил відносяться, сили тяжіння і сили інерції, вони впливають на рідину навіть в стані відносного спокою. Коли рідина, однорідна масові сили будуть пропорційні об’єму рідини, тому при сталій густині масові сили можна назвати об’ємними.

2. Поверхневі сили – це сили, прикладені до окремих точок поверхні рідини які пропорційні її площі. До таких належать сили дії сусідніх об’ємів рідини чи спряженою з рідиною, твердою або газоподібною поверхнею.

Гідростатичний тиск.

Візьмемо однорідне тіло (рис. 2.1) , яке знаходиться у стані спокою. Подумки розділимо його на дві частини, площиною F. Правою частиною, знехтуємо і відкинемо її. Уявимо, що це тіло рідина. Звісно, що відкинута частина цієї рідини чинила певну дію на рідину, котра залишилася ліворуч, тому, для збереження її у стані спокою треба прикласти певні сили, які замінять дію відкинутої частини. У цьому випадку, це будуть поверхневі сили.

Нехай на площину F, яка включає в себе довільну точку А приходиться сила Р. Ця сила у стані спокою рідини буде направлена

рис. 2.1.

перпендикулярно площині. Коли б сила P мала інший напрямок, її треба було б розкласти на дві складові: одну спрямовану по внутрішній нормалі, а іншу по площині перерізу, то спостерігався б певний рух. А так-як рідина у стані спокою не може чинити опору зсуву, то сили, що діють у площині мали б порушити спокій, а якби сила P була спрямована по зовнішній нормалі тоді, стався б розрив рідини.

Таким чином робимо висновок, що в рідині яка знаходиться у стані спокою, сила дії навколишньої середовища завжди спрямована по внутрішній нормалі до площини дії і називається силою гідростатичного тиску. Середній тиск, у цьому випадку, дорівнює відношенню сили Р до одиниці площі F тобто:

.

Якщо площину F (площу дії), зменшувати навколо точки А, то разом з наближенням значення F до нуля, середній тиск р_сер прямуватиме до границі котра характеризуватиме гідростатичний тиск в цій точці і даному напрямку:

. (2.1)

Це рівняння показує, дійсне чи одиничне значення гідростатичного тиску в конкретній точці. Виходячи з цього рівняння визначимо силу тиску, діючого на довільну елементарну поверхню:

. (2.2)

У системі Сі гідростатичний тиск має розмірність Н/м² чи Па. У технічній літературі, тиск вимірюють іноді в (кг·с/см²), тоді 1кгс/см² =98100Н/м² = 98100Па = 98,1кПа = 0,0981МПа.