4. Явление капиллярности

Увеличение давления происходит в тех случаях, когда поверхность жидкости выпукла, а уменьшение - поверхность жидкости вогнута. Благода­ря изменению давления, вызванному поверхностным натяжением, возникает явление капиллярности. Капиллярностью называется свойство жидкости подниматься или опускаться в трубках малого диаметра под действием до­полнительного давления, вызванного силами поверхностного натяжения.

Подъем жидкости происходит в трубке, поверхность которой смачива­ется жидкостью (например, вода-стекло), опускание - в трубке, поверхность которой жидкостью не смачивается (например, ртуть-стекло).

4. Неньютоновские жидкости

Особенностью ньютоновских жидкостей является полное отсутствие трения покоя. Однако существуют жидкости (растворы полимеров, коллоид­ные суспензии, строительные растворы, пищевые и кормовые смеси и т. п.), для которых связь между касательным напряжением т и поперечным гради­ентом скорости не подчиняется закону Ньютона. Такие жидкости называют-

15

ся неньютоновскими или Бингемовские, и отличаются от ньютоновских наличием касательного напряжения в состоянии покоя т₀.

Например, касательные напряжения подчиняются закону:

Неньютоновскими, или аномальными, называют жидкости, течение которых не подчиняется закону Ньютона. Таких, аномальных с точки зрения гидравлики, жидкостей немало. Они широко распространены в нефтяной, химической, перерабатывающей и других отраслях промышленности.

Все неньютоновские жидкости можно разделить на три группы:

1. Неньютоновские вязкие жидкости. 2.Неньютоновские нереостабильные жидкости. 3.Неньютоновские вязкоупругие жидкости.

Неньютоновские вязкие жидкости характеризуются тем, что их свойства не зависят от времени, а касательное напряжение является про­стой функцией градиента скорости. Они подразделяются на: 1) вязкопластичные жидкости; 2) псевдопластичные жидкости; 3) дилатант- ные жидкости (дилатантные жидкости (дилатантные материалы) — это та­кие материалы, у которых вязкость возрастает при увеличении скоро­сти деформации сдвига. Такие жидкости являются одним из ви- довненьютоновских жидкостей); 4) нелинейно-вязкопластичные жидкости.

4. Растворимость газов в жидкостях, кипение, кавитация

В реальных жидкостях всегда находится в растворённом состоянии газ. Это может быть воздух, азот, углеводородный газ, углекислота , сероводород H2S и др. Наличие газа, растворённого в жидкости, может оказывать как бла­гоприятное воздействие (снижается вязкость жидкости, плотность и т.д.), так и неблагоприятные воздействия. Так при снижении давления из жидкости выделяется свободный газ, который может стать источником такого нежела­тельного явления как кавитация; выделяющийся газ может оказаться не без-

16

опасным для окружающей среды, огнеопасным и взрывоопасным (углеводо­родный газ). Г аз, растворённый в жидкости, как и газ в свободном состоянии может также способствовать коррозии стенок труб и оборудова­ния, вызывать химические реакции, ведущие к образованию отложений твёр­дых солей на стенках труб.

Количество газа, которое может раствориться в капельной жидкости, зависит от физико-химических свойств самой жидкости и растворяемого в ней газа, а также от температуры и давления.

Растворимость газов в жидкостях характеризуется количеством рас­творенного газа в единице объема жидкости, различна для разных жидкостей и изменяется с увеличением давления.

Относительный объем газа, растворенного в жидкости до ее полного насыщения, можно считать по закону Г енри, прямо пропорциональным дав­лению, т.е.

^ = ki, (1.14)

V р

ж г о

где У_г - объем растворенного газа, приведенный к нормальным усло­виям (ро, То);

У_ж - объем жидкости;

k - коэффициент растворимости;

р - давление жидкости.

Коэффициент k имеет следующие значения при 20°С: для воды 0,016; керосина 0,13; минеральных масел 0,08; жидкости АМГ-10 - 0,10.

При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Это явление может отрицатель­но сказываться на работе гидросистем.

Кипение. Кипение - процесс интенсивного испарения жидкости по всему ее объему внутрь образующихся пузырьков пара. Температура, при котрой давление насыщенного пара равно внешнему давлению, называется температурой кипения, или точкой кипения.

Кавитация. Кавитация - образование в капельной жидкости пузырь­ков газа или пара. Происходит при падении давления в жидкости ниже дав­ления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Понижение давления происходит при высоких местных скоростях в потоке жидкости или при прохождении интенсивной акустической волны.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение жидкости,

2. Дайте определение капельной и газообразных жидкостей.

3. Дайте определение удельного веса жидкости,

4. Чем характеризуется сжимаемость жидкостей и газов?

5. В чем отличие сжимаемости жидкостей и газов⁹

6. Дайте определение вязкости жидкости.

7. Что вызывает вязкость жидкости при ее движении по трубам?

8. Сформулируйте гипотезу Ньютона.

9. Каков физический смысл динамического коэффициента вязкости⁷

10. Каков физический смысл кинематического коэффициента вязкости⁹

11. Как изменяется вязкость капельных жидкостей при изменении их температуры⁹

12. Как изменяется вязкость газов при изменении их температуры?

13. Как изменяется вязкость капельных жидкостей при изменении их давления?

14. Как изменяется вязкость газов при изменении их давления?

15. Какими приборами определяют вязкость капельных жидкостей?

16. Как изменяется коэффициент поверхностного натяжения жидко-

17. Что такое давление насыщенных паров? Как оно зависит от тем-

1 Механика сплошных сред — раздел механики, посвященный движению газообразных, жидких и твёрдых деформируемых тел, а также силовым взаимодействиям в таких телах. В механике сплошных сред на основе методов, развитых в теоретической механике, рассматриваются движения таких материальных тел, которые заполняют пространство непрерывно, пренебрегая их молекулярным строением.

13